为什么似乎总会有论文造假?

想必大家都对前一段时间《肿瘤生物学》“107篇中国论文被撤事件”有所耳闻吧,舆论上对此事莫衷一是,不过总体而言还是以批判学术造假成风的声音为主流,毕竟有“汉芯事件”、“肖传国事件”之类的劣迹在前,而这些事件的处理结果似乎又略显无力,舆论一片声讨也就不足为奇了。诚然,一切问题的关键当然就在于我们这些一线的科研人员,这也没有任何洗地的余地。不过如果将此事停留在一桩丑闻的层面的话,我个人认为是不合适的,因为在这背后存在着更加深刻的时代背景。图片来自网络首先要注意的是,学术造假并不只是中国才有的问题,也不是某几个学科才有的问题。不过,学术造假在生物医学领域却的确有愈演愈烈之势。早在2005年,斯坦福大学研究员John Ioannidis就曾在PLOS Medicine上发表文章宣称(DOI: 10.1371/journal.pmed.0020124),医学领域有着很普遍的学术不严谨问题,以至于“多数已发表的学术成果都是假的”。与之类似的,法国波尔多大学的Estelle Dumas-Mallet等人也于今年2月在PLOS One上撰文指出(DOI: 10.1371/journal.pone.0172650),有大量的医学实验结果会被后续的研究所推翻,只是媒体往往更乐于报道各种“科学突破”,而对于这些负面消息却兴趣缺缺。除了学术界本身以外,制药公司由于对学术研究的真实性极为看重,故而也多次抱怨来自论文的实验结果不靠谱。2011年,拜耳公司在Nature Reviews Drug Discovery 上发表文章表示他们只能重复出大约25%的学术成果(DOI: 10.1038/nrd3439-c1),而数据更悲催的安进(Amgen)则表示他们即便是在求助了论文作者的情况下也只能重复出大约10%的实验结果(DOI: 10.1038/483531a)。虽说结论不可重复和造假不能划等号,但是这么大范围的不可重复则必定意味着在学术圈内,有某种机制在促使研究人员主动或无意地使用不靠谱的数据。那么,问题究竟出在哪里呢?如果我们稍加抽丝剥茧的话,就不难发现现在的医学研究中,有很多行为都给结论不可重复埋下了隐患。例如很多实验室都存在污染的问题,这里的污染不是指环境不干净,而是他们的实验材料有问题。举个例子,很多研究癌症或者多能干细胞的实验室当中都会培养各种各样永生化的癌细胞或者多能干细胞,这些细胞生存能力极强,很容易经由共用的实验器材交叉污染,而不同的细胞有着截然不同的生化特征却很难通过肉眼分辨,由此就会造成研究结论的偏差。比如说前些年沸沸扬扬的“小保方晴子事件”,根据RIKEN的最终调查结果,小保方的“阳性结果”就来源于其“STAP细胞”培养皿遭到了一株小鼠胚胎干细胞的污染,虽然此事究竟是主动造假还是意外污染还不清楚,但是由此也可见实验材料污染对研究结果的毁灭性打击。“小保方晴子事件”并不是一个孤例。根据国际细胞系认证委员会(International Cell Line Authentication Committee)所公布的结果,他们迄今为止已经鉴定出了超过450株被错误辨识或是遭到不相干细胞污染的细胞株系。很显然,就现在全世界数量庞大的生物实验室而言,这些数据只能算是冰山一角而已。除了污染以外,重复数不足、挑选数据(pick up data)等等也都是现在几乎每个实验室都或多或少存在的问题,在此不一一列举。那么我们能不能把问题再更进一步,为什么大家明明知道这不好,却还要这么做呢?我认为最直接的问题出在科学家的评价体系上,由于现行科学分支繁琐,每个领域真正精通的不过都是一些小圈子。这就导致评审者往往不能直接通过研究本身的质量来评判学者的能力,只能通过其发表期刊的权威性来间接对其作出评价,因此现在的期刊其实拥有了比以往更大的权力。然而,期刊在这其中扮演了一个很糟糕的角色,更大的权力反而使之变得更加懒惰且腐败,数百年前,期刊的稿费甚至是科学家科研经费的来源,然而现在,期刊不但不会给作者一分钱,甚至还要收取高昂的版面费,同时针对读者的订阅收费也是水涨船高,甚至作者想要看自己写的文章都要缴费。可是滚滚的利润并不需要配套以相应的责任,论文的文字修饰与图片排版早就转嫁到了作者身上,而且期刊对于内容也没有任何实质的把关。市面上甚至出现了一种专门的“掠夺性期刊”,它们与论文代笔黑中介狼狈为奸,套取版面费成了其唯一的目的。利润之下必无底线,如今掠夺性期刊可谓蓬勃发展,跟据 BMC Medicine 统计,2010 年在掠夺性期刊发表的文章约为 53000篇,但到了2014 年,他们统计的大约 8 千个掠夺性期刊就发表了差不多 42 万篇文章。而且即便不是位列掠夺性期刊黑名单上的“正经期刊”也没好到哪去,比如在这次“107篇中国论文被撤事件”当中,造假者只是随便注册了个邮箱就能以著名学者的身份向期刊推荐评议者,而且这居然已经是连续第三次被披露,让人简直难以不怀疑期刊本身是否在这其中扮演了某种不光彩的角色。另一方面,评审体系的严重不合时宜也催生了其它问题。比如说,现在医生评职称到定奖金乃至取得行医资格都多少需要论文作为敲门砖,而这种制度的合理性居然来源于一百多年前的社会现实。当时人类并没有多少行之有效的医疗手段,送到医院的病人多少都有着一种“治病不治命”的思想,当时只要一封内科医生的推荐信,外科医生就能在病人身上实验任何未经证实效果的手术,甚至在美国一例心脏移植手术的尝试中,医生直接把一只黑猩猩的心脏移植给了自己的病人。可以想见,在这种情况下,每一个病人都是试验品,医生的治疗经历很容易就会转化为论文产出,在这种情况下,将行医水平与论文挂钩是合情合理的。然而如今,循证医学已经非常成熟,病人对医生的要求也今非昔比,还用当年的标准套今天的医生无异于刻舟求剑。更何况,在今天科研和诊疗都已经各自发展成了两套截然不同但都需要投入巨大精力才能掌握的高级专业技术,很难想象一个医生在每天至少十二个小时的工作之余还能抽出精力完成一般博士需要四年本科以及五年以上研究生训练外加数年博士后工作才能掌握的科研技能。因此医生群体成了问题论文的重灾区也就合情合理了,在先前提到的掠夺性期刊中,生物医学领域的掠夺性期刊数量在非综合类期刊中排到第二位,这和医生群体旺盛的“论文需求”脱不开关系。同样的,政府和学术共同体在这个过程中一样难辞其咎。如今,投入到科学研究领域的资金在逐年缩水,而与此同时青年科研工作者数量却呈井喷之势,根据美国政府的宣称,按实际货币计算,2003年至2015年美国国立卫生研究院NIH提供的资金金额减少了22%,中国虽然是逐年增加,却也是跑不赢从业人数的膨胀,更何况这里面还涉及科研经费分配的问题。升职、加薪乃至生存,每一个科研人员都迫切需要有研究成果,在这个僧多粥少的环境中,投机取巧一般没什么风险,而坚持底线却面临淘汰,那么大多数人会如何选择呢?经济学上有一种“劣币驱逐良币”效应,也称“格雷欣现象”,说的是如果制造低劣、实际价值较低的金属货币(劣币)也能像制造精良、实际价值较稿的金属货币(良币)一样流通的话,那么良币就会因为被重铸成更多的劣币或是被私人收藏等原因而逐渐退出市场,最终导致市场上只有劣币没有良币。学术也是这样,当学术造假蔚然成风,轻松编造数据成为套取功名利禄的普遍手段的话,那么真正想做科研的学者也会因为积极性受挫以及资源短缺而退出学术界,这是我们所有科研人员共同的末日。从今年开始,包括美国NIH在内的科研机构都增强了对科学家实验材料的污染问题的关注,同时也都开始着手改革科研从业人员的职业评审机制,这不是一件容易的事情,美国未必能解决这些问题,但是他们已经行动起来了。我们呢?(本文由鬼谷藏龙供稿)

X-MOL盘点:4月前沿科研成果精选

X-MOL团队从上月报道过的Nature、Science、Nature Chemistry 和JACS 等杂志的研究论文中,精选部分有意思的科研成果,以馈读者。图片来源:昵图网(一)长生不老药?Cell, DOI: 10.1016/j.cell.2017.02.031原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):Targeted Apoptosis of Senescent Cells Restores Tissue Homeostasis in Response to Chemotoxicity and AgingCell 杂志前几天发表的一篇貌似普普通通的论文,在学术界以及社交媒体却引起了轩然大波。荷兰鹿特丹伊拉斯姆斯大学医学中心的细胞生物学家Peter L.J. de Keizer教授等科学家找到了一种有效的方法“定点清除”小鼠体内的衰老细胞,可以减轻化疗药物造成的小鼠体重下降和肝损伤,还能恢复衰老小鼠的健康、毛发浓密程度和肾功能。衰老细胞内一般会累积大量的DNA损伤,这理论上会触发生物体内的清除机制——细胞凋亡。但衰老细胞却能屡屡蒙混过关,秘技在于FOXO4这种蛋白质,它可以与调控细胞凋亡的重要蛋白p53结合,使之失去应有的功能,从而衰老细胞获得“不死之身”。科学家们的对策也很简单,设计一种肽,将p53蛋白上容易被FOXO4结合的位点先给占上,而且不影响p53蛋白的正常功能。这样一来,衰老细胞的秘技被破,只能乖乖凋亡,而由衰老细胞堆积带来的一系列衰老相关现象(小鼠中的掉毛、肾脏损伤、运动能力下降等等),就可以被大大改善。更重要的是,Peter de Keizer等人发现健康细胞中很少有FOXO4蛋白的表达,这也解释了为什么这种肽可以“定点清除”衰老细胞,而不会或者很少误伤健康细胞。(二)稳定、高效的钙钛矿太阳能电池Science,DOI: 10.1126/science.aam6620原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):Colloidally prepared La-doped BaSnO3 electrodes for efficient, photostable perovskite solar cells有机无机杂化钙钛矿太阳能电池(PSCs)生产容易、成本低,兼容柔性和刚性基板,目前最高效率已经达到了22.1%。不过,PSCs的稳定性不佳是制约其进一步推广的最大问题。现在效率超过20%的高效率PSCs普遍采用介孔二氧化钛(mp-TiO2)作为电子传输层,但TiO2却会降低PSCs在光照(包括紫外光)下的稳定性。考虑到电子迁移率和电子结构,镧(La)掺杂的BaSnO3(LBSO)钙钛矿有可能是TiO2理想的替代者,但在500 ℃以下不能合成LBSO良好分散的细颗粒,也不能结晶。韩国化学技术研究所(KRICT)的Jun Hong Noh博士和蔚山国立科学技术研究所(UNIST)的Sang Il Seok博士等人近期报道了一种超氧化物胶体溶液策略,在温和条件下(低于300 ℃)制备LBSO电极。他们用LBSO和甲基铵铅碘化物(MAPbI3)制备的PSCs具有21.2%的稳态光电转换效率(mp-TiO2器件为19.7%),并且能够在太阳光照1000小时后仍保留93%的初始性能。(三)更环保的Au/C催化剂,活性位点在哪里?Science,DOI: 10.1126/science.aal3439原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):Identification of single-site gold catalysis in acetylene hydrochlorination聚氯乙烯(PVC)作为曾经世界上产量最大的塑料种类,由汞盐催化乙炔氢氯化制备氯乙烯单体是经典的工业制备方法,但汞盐催化剂寿命短、毒性大,带来了很多环境问题。碳负载金催化剂(Au/C)更稳定、毒性小,完全可以替代汞盐。但这种高效催化剂的工作机理仍然并不清楚,学术界也存在争论。伴随着研究的深入,对催化剂的认识逐步提升到了准原位水平下,正价的Au催化剂被认为活性更高。近日,英国卡迪夫大学的Graham J. Hutchings教授等人用X射线吸收精细结构谱(XAFS)在原位条件下表征了Au的结构,发现反应时单位点的正价Au是反应的活性位点,反应中Au伴随Au(I)-Au(III)-Au(I)的氧化还原过程。这一工作算是为一直以来争论画上了句号。(四)用心做好一块“砖”:沸石纳米片超薄膜Nature, DOI: 10.1038/nature21421原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):Ultra-selective high-flux membranes from directly synthesized zeolite nanosheets以沸石、MOFs为代表的三维有序多孔材料作为分离膜,性能优异,但厚度无法让人满意。对上述材料进行剥离的“自上而下”策略不仅步骤繁琐,产率低,且产物容易碎片化、缺陷多。最近,明尼苏达大学的Donghun Kim、Pyung Soo Lee、Michael Tsapatsis等研究者们首次采用“自下而上”的策略,利用MFI型沸石的纳米晶种直接制备了厚度仅为5纳米的二维纳米片,宽度可达微米级,仅需一步反应,简单方便。他们将这种MFI纳米片制备成超薄、无缺陷的气体分离膜,体现出高选择性与超高的通量。整个纳米片的生长过程可以描述为:由晶种外延缓慢的外延附生生长转变为快速的纳米片生长。通过实验研究者发现,晶种与纳米片拥有共同的c轴,但是它们的ab轴旋转了90度。纳米片的生长需要在晶种达到一定形状和尺寸的时候才会发生。当纳米片生长开始的时候,其暴露出的高指数晶面活性较高且倾向于面内的快速生长,直到完整的晶面生长完成。紧接着,研究者在沉积了上述纳米片的支撑面上进一步生长,使晶体形成连续的薄膜,厚度在250纳米至1微米。随后研究者将该薄膜用于邻二甲苯中对二甲苯的分离。薄膜的对二甲苯渗透性较高,在125摄氏度下分离比可达2500(最高可接近8000),而文献中目前报道的最高分离比在1000左右。另外,该膜的稳定性也十分优异,通过化学或机械方法还可以将上述纳米片中的晶种除去。(五)不寻常的超高强韧“中国钢”Nature, DOI: 10.1038/nature22032原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):Ultrastrong steel via minimal lattice misfit and high-density nanoprecipitation钢铁材料对于现代社会的意义,就如同骨骼对于人类的身体,支撑起国民经济的脊梁。铁镍基马氏体作为一种典型的超高强韧钢,但是这种材料需要超高量的合金元素尤其是Co,极大的提高了成本。现行的马氏体时效钢不管是否含Co,其强化机制始终是基于大量半共格粒子产生的大共格畸变和位错的交互作用。北京科技大学吕昭平教授团队在材料设计上独辟蹊径,采用“不寻常”的合金设计理念,发展了“不寻常”的高密度有序Ni(Al,Fe)纳米颗粒强化的超高强韧马氏体时效钢,其抗拉强度不低于2.2 GPa,拉伸塑性不低于8%。而且由于使用价廉质轻的Al等合金元素代替传统马氏体时效钢中昂贵的Co、Ti等,可添加传统马氏体时效钢所避免的C元素,成本大幅度降低,制备工艺简化。这种新型超高强韧钢的设计理念,主要思想基于最低错配度下获得最大程度弥散析出和高剪切应力,即一方面通过“点阵错配度最小化(minimal lattice misfit)”,显著降低金属间化合物颗粒析出的形核势垒,促进更小尺度(2-5 nm)的纳米颗粒均匀弥散分布,并显著提高强化颗粒的体积密度和热稳定性,同时低错配度共格界面结合小尺度有效缓解增强颗粒周边微观弹性畸变,改善材料宏观均匀塑性变形能力;另一方面,引入“有序效应(chemical ordering effect)”作为主要强化机制,有效阻碍位错对增强相颗粒的切过作用,从而获得优异综合性能的新型马氏体时效钢。这一突破不但有力地推动该类材料的实际工程应用,其设计理念还有希望应用于其他合金体系,为新型超高强度材料的发展打开了新的研究思路。(六)脱羧-硼化 & 脱羧-烯基化Science, DOI: 10.1126/science.aam7355原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):Decarboxylative borylation美国斯克里普斯研究所(The Scripps Research Institute,TSRI)的Phil S. Baran教授团队报道了脱羧-硼化反应的新进展。脱羧-硼化反应首先将不同烷基羧酸底物转化为具有氧化还原活性的酯(N-羟基邻苯二甲酰亚胺酯,以下简称RAE),随后通过预先混合NiCl2·6H2O与联吡啶配体制备得到镍催化剂,以常见的B2Pin2作为硼源在温和的条件下高选择性得到了烷基硼酸酯。该反应不仅具有良好的底物普适性,在不同天然产物的后期修饰中也表现出极大的优势。他们还利用这一方法制备了人嗜中性粒细胞弹性蛋白酶抑制剂的硼酸衍生物,并由此发现得到的衍生物相比于母体具有更强的药效。Nature, DOI: 10.1038/nature22307原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):Decarboxylative alkenylation上篇Science发表一周之后,Phil S. Baran教授团队又报道了脱羧-烯基化反应的新进展。其初衷是为了解决固醇化合物进行烯基衍生化时步骤繁琐的问题。以往发展的烯化过程包括Wittig反应、Horner–Wadsworth–Emmons反应、Peterson反应、Tebbe反应以及Julia烯化反应等,随后不同研究工作者对以上反应进行改良,但适用条件仍旧存在着不同程度的限制。本文报道的脱羧-烯基化反应依旧利用相似的反应途径,以哌啶羧酸作为模板底物,同样先将其转化为相应的RAE,随后在镍催化剂的作用下发生脱羧,与预先制备的烯基锌试剂偶联得到目标产物。与脱羧-硼化反应略有不同的是,作者发现使用四氯-N-羟基邻苯二甲酰亚胺(TCNHPI)构建具有氧化还原活性的酯相比于未发生氯取代的母体(NHPI)具有更好的反应效果,并选用对水更为稳定的Ni(acac)2•xH2O与联吡啶配体混合得到镍催化剂。该过程仍旧可以通过一锅法实现,且对部分底物还可以实现铁催化剂体系的脱羧-烯基化过程。作者不仅尝试了不同简单底物的烯基官能团化修饰,还设计了多种类型的(如类固醇、聚酮、萜烯、维生素等)天然产物参与反应,并与以往构建C=C双键的合成方法进行比较。(七)完全利用二维纳米片层材料打印薄膜晶体管Science, DOI: 10.1126/science.aal4062原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文) :All-printed thin-film transistors from networks of liquid-exfoliated nanosheets爱尔兰都柏林圣三一学院的Jonathan Coleman教授团队最近报道了一种新方法,完全利用二维纳米片层材料打印薄膜晶体管。这种薄膜晶体管比有机薄膜晶体管性价比更好,更容易制备。让二维纳米材料向着实用化又迈进了一大步。印刷电子技术发展的关键在于印刷“墨水”的开发,Coleman教授团队使用二维纳米片层材料“墨水”和普通的印刷技术(例如喷墨打印),成功制备了一种性能优异的薄膜晶体管,完全由剥离的二维纳米片层网络材料组成。这种全印刷式、全纳米片层的薄膜晶体管以石墨烯作为源极、栅极和漏极电极,半导体二硒化钨WSe2作为沟道,并用氮化硼BN作为绝缘层。在多孔纳米片层网络中填充着离子液体,BN纳米片层的内部孔洞中的离子液体,可以实现固体状结构中的电解门控。开关比、开关速度等性能测试结果也让人满意(on:off ratio > 25,gm = 22 μS)。(八)如何设计合成更好用的防晒霜?Angew. Chem. Int. Ed., DOI: 10.1002/anie.201611627原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):Rational Design and Synthesis of Efficient Sunscreens To Boost the Solar Protection Factor近期,西班牙拉里奥哈大学的Diego Sampedro教授课题组在Angew. Chem. Int. Ed. 上发表文章,报道了他们在设计和合成防晒霜方面的新进展。作者从大自然产生的防晒分子MAAs中获得启发,合理地设计出了环己烯亚胺核心骨架,不仅增强了光保护能力,同时具有新的能量耗散机制,并以此合成出一系列化合物。这些化合物作为防晒霜的活性成分,在增强了稳定性的同时,也改善了光耗散和毒性。更重要的是,一些代表性的化合物应用于防晒霜的最终配方中,通过测量,确实提高了防晒系数(SPF)。(九)可从沙漠空气取水的太阳能“饮水机”Science, DOI: 10.1126/science.aam8743原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):Water harvesting from air with metal-organic frameworks powered by natural sunlight大气层中含有大量的水汽,约占地球淡水资源的10%,如果可以实现从空气中汲取水分并加以收集,无疑能够有效地缓解淡水的短缺。然而这一过程通常需要在较高的空气湿度下完成,并伴随着大量能耗,这在成本上是得不偿失的。最近,美国麻省理工学院(MIT)Evelyn Wang教授和加州大学伯克利分校(UC Berkeley)Omar Yaghi教授等人将一种多孔的金属-有机骨架(MOF-801,Zr6O4(OH)4(fumarate)6)负载于薄层铜板上,并置于太阳能吸收单元与冷凝板之间,所得的装置仅仅依靠太阳能就可从空气中取水。在空气湿度很低时,这种神奇的太阳能“饮水机”仍能正常工作,实验证明,在自然阳光下毎公斤MOF-801每天能从湿度为20%的空气中汲取约2.8升水,无须提供额外的能量。MOF-801具有以下优点:这一结构是在分子水平下充分研究水的吸附行为后加以改性的,因而具有十分重要的借鉴意义;结构经优化,MOF空腔捕获水分子的性能比以往得到了很大的提升;该结构制备的材料稳定性好且可以回收利用。(十)新型显微术突破传统光学成像的颜色极限Nature, DOI: 10.1038/nature22051原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):Super-multiplex vibrational imaging生命科学研究水平的发展很大程度上要归功于新型研究手段和生物技术的创新。其中,光学成像技术贯穿了生命科学研究的历史与未来。传统的荧光成像方法中,由于其探针发射光谱有较宽的宽度(~50 nm),可见光波长区最多可以容纳5种颜色。正因为此,最多5种生物组分能被同时成像。美国哥伦比亚大学化学系闵玮教授的团队近日报道了一种全新的成像技术:电子预共振受激拉曼散射显微镜(Electronic Pre-Resonance Stimulated Raman Scattering Microscopy)。该技术结合了拉曼散射光谱窄(~1 nm)以及荧光分析灵敏度高的优点。结合荧光成像技术,作者报导了24种颜色各异的探针,展示了多达16种颜色的活细胞成像和8种颜色的脑组织成像。作者通过神经细胞和大脑切片的成像,展示了预共振受激拉曼散射显微镜及其相应探针技术在生命科学研究中的潜力。

劳动节福利:实用化学试剂宝典

大部分化学工作者天天都在和不同的化学试剂打交道,这些种类繁多的试剂,就像等待大厨烹饪的各种食材。实验做得好坏,与能否玩转这些试剂有十分重要的关系。可你对化学试剂熟悉吗?某一种试剂怎么使用,如何保存,会不会引起其他副反应,还有什么其他用途,是否需要现制现用?……当一种试剂需要自己制备时,手头有本试剂相关的工具书将起到事半功倍的效果。下面就给大家介绍一下笔者常用的国内外几本关于试剂使用的“秘笈”。原始图片来源:电影《功夫》首先是百科全书Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis(EROS),它收录了4500种以上的化学试剂或催化剂,每年增加200多种新试剂,并更新相关论文,每个试剂词条都可看作一个短篇综述。电子版本为e-EROS,使用起来十分方便,可以按照从A-Z的字母顺序查询。[1]在Aldrich Chemistry和John Wiley & Sons的资助下,EROS 每年评选出年度最佳试剂奖。2017年的最佳试剂是Michael Organ教授的钯催化剂Pd-PEPPSI-IPent,它高效专一、易于操作,可用于Suzuki–Miyaura、Negishi、Stille-Migita和Buchwald-Hartwig氨基化反应。以Pd-PEPPSI-IPent为例,EROS 包括以下信息:化学名称(缩写)、结构式、CAS号、分子式和分子量、国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)给出的国际化合物标识InCHI和InCHIKey识别码、试剂用途简介、物理性状、溶解性、纯度的分析方法、制备方法、纯化方式、贮藏和危险预防措施,正文是试剂在反应中的应用,大多有5-10个反应,并给出参考文献,最后是作者的信息,如下图所示:EROS 除按字母排序外,还按照试剂用途重新编辑成册,即Handbook of Reagents for Organic Synthesis这套丛书,从最初的8册,发展到目前的15册。[2]中文书籍有清华大学胡跃飞教授主编的《现代有机合成试剂——性质、制备和反应》第一卷和第二卷,每卷收录了365种常用、重要以及新出现的合成试剂。书中介绍了每一种试剂的理化性质、制备方法和使用中应注意的事项,并且重点讨论了各种试剂在有机合成中的应用,每种试剂精选出5-10个应用实例,并附有参考文献,供读者参考,风格与EROS 类似。厦门大学黄培强教授主编的《有机人名反应、试剂与规则》与人名反应密切结合,并以化学键形成为特色进行编排。实验室中还会遇到试剂长期存放保存不当等原因造成纯度达不到标准的现象,相信很多实验室都会有存放多年的试剂,导致“想用怕影响反应效果不用又感觉浪费”的矛盾。于是《实验室化学品纯化手册》应运而生,现已修订为第5版的中文译本。这本书开篇介绍了试剂纯化的理论基础和相关技术如重结晶、干燥、色谱纯化、蒸馏、萃取、衍生化等,然后详细介绍了每种化学品的提纯方法,并附参考文献。其中给出了大部分商品化有机、无机化学品以及生化试剂的基本理化性质,包括化学名称、CAS登录号、分子量、熔沸点、相对密度、溶解性、离子化常数等。关于化学试剂的书籍和数据库还有很多,欢迎大家补充,有这些“秘笈”在手,做实验再也不担心用的试剂不给力啦!好了,福利也领了,快点回实验室“劳动”去吧……参考资料:1. e-EROS网页:http://onlinelibrary.wiley.com/book/10.1002/047084289X2. Handbook of Reagents for Organic Synthesis:http://onlinelibrary.wiley.com/book/10.1002/047084289X/homepage/e-eros_publications.htm

匠人的心经:走近普里斯特利奖章得主——Tobin J. Marks

题记:曾经我看过这样一部电影,故事发生在日本,玄武书房拟出版一部中型国语辞典。一群“文字工作者”青灯黄卷,笔耕不辍地收集整理数十万词条并逐词编撰释义,经五个轮回的校对,用长达十五年的时间成就了这部面向当代人的《大渡海》。电影名曰《编舟记》,他们任辞海浩瀚无边,不畏光阴倾颓,以渡语言之海,抵达羁绊许久的文明。我们称其为“匠人”,在喧嚣纷乱的世界里,将尽善尽美、心无旁骛发挥到极致,挑剔到令人敬畏。有言“富贵不能淫,贫贱不能移”,在他们固执的世界观里,摒弃诱惑,抗衡寂寞,全心全意去做一件似乎永无止境的事。回想自己在研究生时期的经历,光阴五载,稍纵即逝。于是我了解对于一个投身科学研究的人来讲,岁月流转,每日生活三点一线,清简如水,似乎是寻常不过的事情。他们需要像匠人一样,删繁从简,与清风明月作伴,禀赋清净如莲之心,不拘残缺挫败,持之以恒,亦不惧世事迷离。在今年的美国化学会(ACS)年度会议上,来自西北大学的Tobin J. Marks教授获得了美国化学会的最高荣誉——普里斯特利奖章(Priestley Medal)。Marks教授是一位在金属有机化学、烯烃催化聚合、有机光电材料等诸多领域有着杰出贡献的学者,还曾在2005年荣获美国“国家科学勋章”。虽已步入古稀之年,他仍旧精神矍铄,活跃在科学研究的前沿。图1. 普里斯特利奖章。图片来源:C&EN玉壶光转,此情可待回首往昔的林林总总,就像乔布斯从Reed退学后去旁听书法课,从而与字体设计结缘,Marks教授谈及自己踏上科学的道路,无不关联着偶然性与必然性。Marks出生于华盛顿的一个普通家庭,祖父母于沙俄时期移民到美国,父亲是一名商人,与亲戚合作经营家电器械、房地产等方面的业务,母亲则从事艺术相关的工作。他提到父母虽然都没有读过大学,但十分重视对孩子的教育,潜移默化地引领他努力学习,而与此同时又给予其很大的自由度。Marks也不负家人的期望,从小养成了自律的性格,在学生时代表现出对学习执着的热情。除了认真完成学校的基础课程外,他对研究未知事物也同样拥有极其浓厚的兴趣。那时候正处于空间探索时代初期,八年级的Marks与同学一起设计了“微型火箭”,他们利用带有喷嘴的金属管作为火箭机身,管内装有保险丝,并以锌粉和硫磺的混合物作为燃料,在哥伦比亚特区外的一处偏僻空旷的场地将其放飞。“火箭”发射升天几千英尺,而这一“研究成果”同时也吓坏了Marks的父母,庆幸的是当时空中没有航行的飞机经过,否则Marks将可能在法律上承担严重的后果。当被问及Marks是如何衡量火箭升空的高度时,他回答通过观察火箭上升到最大高度后,计算其下降所需的时间,结合重力常数便可以估算得到结果。掌握这些知识在相关专业人士看来不足称奇,但对于一个八年级的学生来讲实在难能可贵。高中毕业后,Marks考入马里兰大学,这所大学有着优秀的科学研究与工程项目基础。Marks选择了化学专业,与此同时他还去旁听数学、物理与德语课程。主修化学专业的学生一般会在工作日下午安排实验课程,那时的Marks十分热衷于实验操作,实验室中气味越发古怪的物质越能引起他的兴趣。在良好的学习氛围下,Marks与同学们建立了深厚的友谊,他提到一位同学的话让他至今印象深刻:“化学是我的宗教信仰”。由此我想起卡耐基曾经说过:“虔诚的信仰会给予你无穷的力量”。提及影响自己一生的一句话,很多人都会从尘封的记忆中抽丝剥茧,娓娓道来时定是感慨万千,这句话可能并不华丽,却有如醍醐灌顶,拥有一字千金的重量,或许改变了自己的人生走向,或许扭转了自己对世界的看法。而对于Marks来讲,这一颇有偏执情绪的“信仰”却成为他潜心钻研科学的座右铭。除此之外,Marks还报名参加了国家科学基金会资助的本科生暑期科学研究,他加入了无机化学教授Samuel Grim的实验室,参与有机膦化合物的合成及表征研究。那时的Marks锻炼了自己在工作中独立思考的能力,还领会到“守时”的重要性,指导他在以后的工作中严格制定自己的计划,并继续为攻读研究生而努力。Marks从马里兰大学毕业后,利用短暂的假期在华盛顿地区的美国陆军研究机构工作,开发了一种在特定温度下可以熔化的材料用作电池的流体电解质,并因而获得了相关机构颁发的优秀证书。随后他顺利进入麻省理工学院,师从Albert Cotton教授从事金属有机化学方面的研究。麻省理工学院将所有科学研究与工程项目相关的学科都安排在一个相互贯通的大楼中,以此方便不同领域研究工作的交流。Marks除了每天完成必修课程与实验工作外,还会经常参加其他学科的讲座与研讨会,并在哈佛大学报名了William Lipscomb教授关于理论化学的课程。研究生阶段,Cotton教授为每一位学生都提供了相对自由的研究环境,设定研究方向后,只在必要时给予建设性的指导,不会过多干涉学生的想法。Marks更是在这一时期充分发挥自己的能力,并立志在研究生毕业后创建自己的团队,续写科学研究的篇章。图2. 研究生阶段的Marks与其团队。图片来源:C&EN玉炉焚香,皓首穷经取得博士学位后,Marks来到西北大学成为助理教授。用他的话讲,对学术的追求,让他义无反顾地来到这个此前从未涉足的地方,气候的反差让他起初有些不适应。然而这里有十分优秀的化学研究团队,设备精良,曾经走出了许多举世杰出的化学家。然而一个亟待解决的问题放在Marks面前:他应该从事什么方向的研究。按照大多数人的想法,他们可能会延续研究生阶段的研究方向做适当的拓展工作。与George Whitesides教授讨论以后,Marks认为自己应该大胆开拓新的领域,他想到自己在接触无机化学课程时了解到镧系与锕系元素的性质与其他过渡金属的性质有很大的不同,他发现这些内过渡金属的络合物相比于其他过渡金属络合物具有更高的反应与催化活性,于是着手将其拓展到相关有机金属与金属氢化物的研究。与康奈尔大学的Roald Hoffmann合作后,Marks对镧系与锕系金属有机络合物的结构与性质有了更深入的了解,随后他构建了精密的量热系统,对该类络合物在催化反应中的热力学数据进行测定,最终绘制出元素周期表中不同金属-配体的相对键能与位置的函数,为设计新的催化转化提供了有利的线索,并根据这一研究开展了一系列烯烃不饱和键的氢-杂原子官能团化的反应。在此期间,他还与Jim Ibers合作对相关金属络合物的生物活性进行研究,通过波谱手段及X射线晶体衍射等方面的研究对其在生物学领域中的应用加以确证。上世纪70年代后期,Marks意外发现在脱羟基氧化铝等氧化物表面化学吸附前过渡金属络合物时可以产生高度活性的烯烃氢化与聚合催化剂,于是与Bob Burwell教授合作对其催化机理进行了深入的探究,最终通过三(五氟苯基)硼烷作为助催化剂,使相同催化剂量的反应速率提高到10-100倍。这一研究成果得到陶氏化学公司的青睐,目前该公司已通过这一方法生产了约300亿公斤的聚烯烃材料,且具有强度高、低密度、可回收利用等特点,这些材料目前广泛应用于服装、食品、医疗以及汽车建筑等不同行业。陶氏化学公司的优秀研究员James Stevens长期以来与Marks保持密切的合作,他赞赏Marks是该公司有史以来最具价值、合作时间最长的伙伴,他在烯烃聚合领域有着不可磨灭的贡献。有了以上成就,Marks并未因此感到满足。他还与其他教授合作致力于开发新型有机光电材料。Josh Kurutz作为当时西北大学分析测试中心的高级研究员,对Marks实验室开展的一系列项目十分了解。他指出Marks极力推动了光电材料领域的发展,这些材料可以为导体、半导体以及绝缘体等不同需求服务,应用于发光二极管、太阳能电池等其他装置的柔性电路中,与此同时还大大降低了材料成本。2005年,Marks参与创立了Polyera公司,在芝加哥、旧金山以及中国台湾等地设立办事处,进一步扩大了开发相关材料的规模。显然,通过Marks一个人的力量是无法完全胜任这诸多领域的工作的,除了团队内部的通力协作,他懂得智者当借力而行,与其他领域的专家密切合作,丰富了自己的研究方向,也为不同科学领域带来了卓越的贡献。在过去的四五十年里,Marks不仅需要保证四十人以上的研究团队正常运转,而于其本人,他在科学研究中同样需要付出比常人更多的努力。在这路漫漫其修远的进程中,他的上下求索显得不动声色,却又铠甲峥嵘。图3. Marks现阶段的研究队伍。图片来源:C&EN浮生若梦,冷暖自知如今Marks已72岁高龄,但他并不会因此安度晚年,而是坚持每天早早地起床,一周七天日复一日地奔赴实验室。他甚至会省去在家吃早餐的环节,直到前往办公室后才喝上一杯咖啡,开始一天的工作。Marks以“工作狂”远近著称,而他的妻子Indrani Mukharji给予了极大的包容与理解。到目前为止,他已发表了1200多篇学术论文,拥有245项美国专利,论文他引超过90000次。在47年的学术生涯中,他担任ACS旗下Organometallics期刊编辑28年,培养了超过350名学生及博士后。或许我们很难想象,是什么样的动力让Marks如此执着地追求着科学研究。台湾女作家三毛曾背起故事的行囊独自走进孑然荒凉的撒哈拉沙漠,从阿拉伯人的饮茶习惯中悟出人生的茶道。在一段茶论中她写道:人生三道茶,第一道苦若生命,第二道甜似爱情,第三道淡如微风。人理解苦难的时间悠久漫长,有时甚至贯穿一生。而Marks对自己生命的理解,大概还是那句岿然不动的“化学是我的宗教信仰”。其中一位曾经在Marks实验室从事博士后研究的教授Eugene Chen提到,Marks绝不会因为其他事情而取消与学生讨论研究工作或论文修改等任务。他以自身强大的职业道德为学生标榜一位专业的科学家应该具备的素质。芝加哥大学的Wenbin Lin教授同样指出他从未见过比Marks更专注于科学研究的人。即便在夏威夷度假,Marks也不忘修改学生的论文。他虽然拥有一个大型的研究队伍,但会时常保持与每个人联系,关注其研究方向的进展。更难能可贵的是,繁冗的琐事缠身,他总会保持平易近人的态度与每个人耐心讨论,鲜少发生争执,如此谆谆教导的方式,让他的学生为之信服。图4. Marks与妻子Mukharji。图片来源:C&EN后记:我想起华语流行音乐大师李宗盛对“匠心”的诠释:固执、缓慢、少量,不追求时髦花哨的技法,专注于内心的声音。这便是李宗盛三十载纵横乐坛做音乐的态度。二十多岁出道,五十知天命的年纪写了不到三百首歌,在同行当中应许少数。然而他秉承一颗工匠的心,为大家呈现的每一首作品,必定经过深刻考究,以求脍炙人口。他创立了自己的吉他品牌,很多时日,躲在自己的工作室里,一副老花镜,一把刻刀,从一块木头的雕琢开始,逐渐打磨成琴坯,在日积月累的镌刻中,打造出一把精品吉他。“世界再嘈杂,匠人的内心,绝对必须是安静安定的”,这也许会是匠人“不足为外人道”的经验法则。而对于Marks而言,他领悟了科学研究的真谛,就像他在ACS年度会议上的发言:“chemists make things, that with deep knowledge and skill we create “the stuff that dreams are made of……”部分内容编译自:http://cen.acs.org/articles/95/i14/Meet-Tobin-J-Marks-2017-Priestley-Medalist.htmlhttp://cen.acs.org/articles/95/i14/Tobin-J-Marks-What-is-chemistry-all-about.html(本文由夜若岚尘供稿)

X-MOL盘点:3月前沿科研成果精选

X-MOL团队从上月报道过的Nature、Science、Nature Chemistry 和JACS 等杂志的研究论文中,精选部分有意思的科研成果,以馈读者。图片来源:野猫 / FON(一)什么样的人更“招蚊子”?疟疾感染者!Science, DOI: 10.1126/science.aah4563原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):A key malaria metabolite modulates vector blood seeking, feeding, and susceptibility to infection疟疾的病原体疟原虫主要由按蚊叮咬传播,而且科学家们还发现,疟疾携带者的血液对蚊子有更强的吸引力,不过这一“招蚊子”现象背后的机制尚不明确。最近,瑞典斯德哥尔摩大学的Ingrid Faye等科学家发现在恶性疟原虫(Plasmodium falciparum)体内会产生一种代谢产物(E)-4-羟基-3-甲基-2-丁烯焦磷酸酯(HMBPP),这种物质会诱导人类血红细胞增加二氧化碳、醛类和单萜类的释放,不仅能更吸引蚊子叮咬,还能刺激蚊子的“胃口”,吸更多的血。另外,HMBPP还会调控蚊子的一些基因转录,但不影响它们的生存和繁殖能力。(二)余金权组Nature:催化双功能模板,实现远程选择性C-H键活化Nature, DOI: 10.1038/nature21418原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):Remote site-selective C–H activation directed by a catalytic bifunctional template为了解决C-H键活化中反应性和选择性的问题,在底物结构中引入导向基团是非常重要的策略。除了常规的通过形成五元或六元金属环状中间体实现特定位点的C-H键活化外,近些年来美国斯克里普斯研究所(The Scripps Research Institute,TSRI)的华人化学家余金权教授发展了在底物结构中引入U型模板,随后实现间位的C-H键活化。然而,这一策略美中不足的是需要先通过化学计量的化学反应将U型模板引入底物结构中,再通过远端的导向基团实现特定位点的C-H键活化。因此,余金权团队考虑能否通过加入催化量的特定化学结构作为模板,实现远程的C-H键活化。经过不懈努力,最近余金权团队报道了一种催化双功能模板,使用催化量的双磺酰胺或双酰胺模板,通过底物中导向原子-金属1-模板-金属2-(C-H键)的超分子作用,一方面通过模板骨架-金属-底物的可逆配位作用结合底物,一方面通过模板另一端的导向基团引导钯催化剂至底物远端特定位点的C-H键,从而实现3-苯基吡啶和喹啉的远端特定位点的C-H键活化。反应的产率较高,区域选择性好,且对于多种官能团具有较好的兼容性,这是目前C-H键活化概念的又一突破。(三)郑州大学臧双全组Nature Chem.:银硫簇基MOF,超灵敏双功能荧光开关Nature Chem., DOI: 10.1038/NCHEM.2718原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):Hypersensitive dual-function luminescence switching of a silver-chalcogenolate cluster-based metal–organic framework有时可以通过把一些孤立的物质如簇合物、纳米颗粒等固定、组装成扩展性材料来提高或改善它们的性能。郑州大学臧双全教授课题组把这一策略应用到银硫簇(silver-chalcogenolate cluster),创造性地将银硫簇和MOFs结合起来,用简单桥联配体将十二核的银硫簇组装形成金属有机框架材料(MOFs),这是银硫簇基MOFs的首次报道。该材料表现出了优异的荧光性质,相比于原来孤立的十二核银硫簇,其稳定性和荧光强度大大提高,并被应用于荧光传感检测O2(turn off)和挥发性有机物VOCs(turn on)。结晶学分析精确的确定了这些客体分子在框架内结合的位点,并阐明了荧光on-off的机理。该研究成果为新型响应功能材料和分子智能开关材料的设计提供了指导和借鉴, 丰富了金属有机框架材料的种类,拓展了银硫簇的应用范围。(四)北京大学张锦团队Nature:碳纳米管结构控制制备新进展Nature, DOI: 10.1038/nature21051原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):Arrays of Horizontal Carbon Nanotubes of Controlled Chirality Grown using Designed Catalysts性能优异的碳纳米管可看作是由石墨片沿一定方向卷曲而成的空心圆柱体,根据卷曲方式(通常称为“手性”)的不同,可以体现金属性或带隙不同的半导体性,这也反映了碳纳米管结构的多样性和相似性。然而,多年来,找到一种可靠方法制备相同结构碳纳米管的水平阵列,是困扰科学家们的一大难题。近日,北京大学化学与分子工程学院和纳米化学研究中心的张锦教授带领课题组开发出一种利用碳纳米管与催化剂对称性匹配的外延生长的全新方法,通过对碳管成核效率的热力学控制和生长速度的动力学控制,实现了结构为手性指数(2m, m)类碳纳米管阵列的富集生长。通过实验数据以及理论计算结果,张锦教授课题组证实了碳纳米管与催化剂对称性匹配(symmetry matching)以及生长过程的动力学因素对于SWNTs手性分布的重要性。催化剂纳米颗粒的尺寸也是生长具有特定手性碳纳米管的关键先决条件,其尺寸均匀性也能用于进一步控制碳纳米管手性分布。张锦教授课题组选用尺寸均匀的碳化钼为催化剂,制备了纯度高达90%、结构为手性指数(12, 6)的金属性碳纳米管水平阵列,平均密度大于20根/微米。选用碳化钨做催化剂,制备了结构为手性指数(8, 4)的半导体性碳纳米管水平阵列,其纯度可达80%,平均密度大于10根/微米。这一成果为单壁碳纳米管的应用,尤其是在未来纳米电子设备中的应用打下了良好基础。(五)“纳米加热”让冻存器官满血复活Sci. Transl. Med., DOI: 10.1126/scitranslmed.aah4586原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):Improved tissue cryopreservation using inductive heating of magnetic nanoparticles“玻璃化”(vitrification)是让细胞、器官甚至人体安全地“冻存”起来的关键。使用超低温保存技术和特制的保护液,在超低温下(零下160至零下196摄氏度),生物样本被冷却至无冰的玻璃态,避免了水结晶成冰过程对细胞结构和功能的伤害。但冻存的生物样本解冻复苏过程中,加热速率慢会造成水分子结晶而破坏细胞结构,受热不均匀会造成温差,导致热机械应力和裂纹同样破坏柔弱的生物样本。目前比较成功的对流加热法,只能成功解冻体积为几个毫升的玻璃化组织样本,这对大多数器官组织都没有用。所以,目前待移植的器官只能短暂保鲜,每年有超过60%捐献的心脏和肺不得不因为无法及时移植而被丢弃。如果能解决安全“化冻”的问题,这些原本会被丢弃的器官会更有机会找到合适的新主人。最近,明尼苏达大学John C. Bischof教授等人开发出一种基于纳米材料的磁力加热法,称之为“纳米加热(nanowarming)”。技术的核心是一种二氧化硅包裹的氧化铁纳米粒子。研究人员将这种特制的纳米粒子分散在器官的冷冻保护液中,接着使用非侵入性的电磁波激活它们,使每一个氧化铁纳米颗粒都变成器官组织周围的微型加热器,以100至200摄氏度/分钟的速率快速而均匀地加热组织,升温速率是传统方法的10倍以上,加热均匀性也能很好地保证。可以成功解冻大型动物的心脏瓣膜和血管,保存液的最大体积可以达到80毫升。这是器官移植领域的巨大突破。另外,这技术的应用也不限于器官移植,对肿瘤的热疗也是其潜在的发展方向。(六)仿骨结构“超级钢”,解决金属疲劳难题Science, DOI: 10.1126/science.aal2766原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):Bone-like crack resistance in hierarchical metastable nanolaminate steels历史上由金属疲劳断裂而引发的事故屡见不鲜。金属材料在受到交变应力或重复循环应力时会产生微裂纹,经一定循环次数后,裂纹扩展到临界点,导致金属材料在工作应力小于屈服强度的情况下发生突然断裂,这种现象称为金属疲劳断裂(fatigue failure)。为增强金属抗疲劳的性能,人们会通过往金属里加入稀土元素或是进一步改进金属的微观结构。不过,这些方法只能改善性能却并不能解决根本问题。日前,日本九州大学的Motomichi Koyama与美国麻省理工学院(MIT)的MeiMei Wang及Cemal Cem Tasan教授等人报道了他们的进展。受启发于动物骨骼优越的抗断裂性能,通过深入研究骨骼微观构造,他们设计了同时具有多相、亚稳态和纳米层状结构三种特征的仿骨钢,其拥有极其出色的抗疲劳断裂的性能。他们还研究了这种优异性能的机理,发现相变诱导的裂纹终止(TICT)与粗糙度诱导的裂纹终止(RICT)这两种机理同时阻止了裂纹的扩展。由于存在纳米层状结构,形成的微裂纹如果要进一步扩展,只能在不同的层之间进行,这一过程需要更多能量,能大幅减少裂纹的增长。此外,仿骨钢的多相和亚稳态结构,一些区域比其他区域更具有柔韧性,通过相变可以吸收那些可能帮助微裂纹扩展的能量,甚至还可以使产生的微裂纹重新闭合。这种策略还有望用于其他合金,提高它们对机械疲劳的抵抗力。(七)上海有机所张新刚组Nature Chem.:从制冷剂到二氟甲基化试剂,挑战与突破Nature Chem., DOI: 10.1038/NCHEM.2746原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文) :Chlorodifluoromethane-triggered formation of difluoromethylated arenes catalysed by palladium 在过去的十几年中,一系列的氟化和氟烷基化方法相继见诸报道,极大推动了有机氟化学的发展。如何利用廉价易得的原料开展高效的氟化及氟烷基化反应同样成为研究者关注的问题。最近,中国科学院上海有化学研究所有机氟化学重点实验室的张新刚研究团队在Nature Chemistry 发表论文,首次成功实现利用廉价工业原料一氯二氟甲烷(ClCF2H,别名R22)对芳香化合物的直接二氟甲基化。尽管目前二氟卡宾的金属络合物已经得到分离表征,但是利用二氟卡宾金属中间体进行催化的反应却存在很大挑战。张新刚研究团队结合R22易分解为二氟卡宾的性质,在之前工作的启发下以Pd2(dba)3(5 mol%)为催化剂、 Xantphos为配体、对苯二酚为添加剂、K2CO3作为碱,首次成功实现了ClCF2H对(杂环)芳基硼酸(酯)的二氟甲基化,为ClCF2H的高效转化提供了新的模式。该反应高效简洁、底物普适性广、氟化试剂成本低廉、具有良好的官能团兼容性,反应对含氮杂环化合物以及复杂生物活性的分子均适用。该反应不仅为含氟工业原料的高效转化提供了新思路,也为过渡金属催化下二氟卡宾参与的反应研究提供了新的借鉴和启发。(八)制备氢燃料的新过程:Nature 报道北大马丁课题组催化产氢的重大突破Nature, DOI: 10.1038/nature21672原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):Low-temperature hydrogen production from water and methanol over Pt/α-MoC catalysts氢能是一种公认的高热值清洁能源,高位发热值达1.42×102 MJ/kg,约是汽油发热值的三倍,因此也被称为“能源货币”。然而,氢气存储和输运技术一直没有关键的突破,这也成了氢能源大规模应用的瓶颈。甲醇具有单位体积储氢量高、活化温度低、副产物少以及价廉易得等诸多优点,是理想的液体储氢平台分子。目前,采用液相甲醇水汽重整方法能够移除液体汽化单元,使反应器结构更为紧凑而利于车载。不过,高效稳定的甲醇水液相重整催化剂并不多见。最近,北京大学化学院的马丁课题组与中国科学院大学的周武、中国科学院山西煤化所/中科合成油的温晓东、以及大连理工大学的石川等课题组合作,针对水和甲醇液相制氢反应的特点,采用铂-碳化钼双功能催化剂(其中铂以原子水平分散于立方相碳化钼纳米颗粒表面),在低温下(150~190 ℃)无需强碱即可实现对水和甲醇的高效活化和催化重整。在190 °C时,催化速率高达18,046 molH2/(molPt*h),活性较传统铂基催化剂提升了两个数量级。该研究成果为甲醇水液相重整制氢与燃料电池的联用提供了可靠的催化剂选择。(九)失落的反应:Cell 封面文章确认地球生命起源的“代谢化石”Cell, DOI: 10.1016/j.cell.2017.02.001原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):Remnants of an Ancient Metabolism without Phosphate  地球上的生命从何而来?目前占主导地位的是化学起源说。这一假说大致将生命的演化描述为:无机小分子→有机小分子→有机大分子→多分子体系→原始生命。但这一假说也存在一些不好解决的问题。比如,生命体内的遗传物质核酸以及能量代谢的关键分子三磷酸腺苷(ATP)都含有磷酸基团,而地球上的磷酸盐主要存在于一些稳定的岩石和矿物中,对于简单的原始生命形式来说并不容易获得。这又演变成了一个“先有鸡还是先有蛋”的问题:较为复杂的原始生命形式要想合成关键的核酸和ATP,需要先有容易获得的磷酸来源;而要想容易地从稳定的岩石和矿物中获得这些磷酸盐,又要先有较为复杂的原始生命形式来支持。众多的争论和假设中,有一个很有意思,既然找不到一个合理的途径将磷酸盐引入原始生物圈中,那就绕开磷酸盐这个难题,是否存在一种可能,在依赖磷酸的复杂生命形式出现之前,就已经存在某种原始生命形式,可以不依靠磷酸盐而生存?这一假说虽然能解决上面那个“鸡与蛋”难题,但到目前为止还缺乏系统的证据。最近,美国波士顿大学的Daniel Segrѐ教授团队基于该课题组建立的模型和算法,通过系统生物学的研究方法证实了在磷酸盐引入生物体之前存在其他代谢途径,以硫元素为基础的多种催化与供能过程,而这种元素早在上亿年前便大量存在于海洋与地壳之中。就像是古生物学家找到生物进化路线上某种关键的化石一样,Segrѐ等人这一研究结果,找到了生命起源过程中的“代谢化石”,连接上了含磷酸基团原始生命形式与简单分子之间失落的那一环。(十)一层金箔,一篇ScienceScience, DOI: 10.1126/science.aam5830原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):Epitaxial lift-off of electrodeposited single-crystal gold foils for flexible electronics近几年,以可穿戴设备为代表的柔性电子技术进步迅速,或许会成为下一代电子设备的发展方向。科学家尝试使用诸如碳纳米管、石墨烯、导电聚合物等多种类型材料作为柔性电子设备的基底,超薄金属膜也是其中很有希望的一类。金属在超薄膜状态下,具有很好的透光度、柔性以及导电性能,不过现在的制备手段主要是真空沉积或者溅射,成本高昂不说,得到的还大多是多晶结构的产品,而多晶电子材料晶界处发生的电子-空穴复合,极大地限制了其性能。近日,美国密苏里科技大学Jay A. Switzer等人在Science 上发表文章,以单晶硅为模板,通过外延剥离法制备了适用于柔性电子器件的单晶金箔(Au(111))。这种方法简单且廉价,单晶硅模板可重复利用,所得的透明单晶金箔厚度仅28 nm,具有芯片级尺寸,薄层电阻低至7 Ω/sq,且经过4000次反复弯曲循环后,该金箔的电阻只增加了4%。随后,研究者在金箔上旋涂制备了基于三(联吡啶)钌(II)的有机发光二极管(OLED),实验证明这种单晶金箔的柔性和透光度都比较理想。为了研究金箔的单晶性质,研究者分别在多晶衬底(不锈钢)和金箔表面电沉积一层无机半导体Cu2O,制备了无机二极管。以金箔为衬底的器件表现出二极管品质因子n 为1.6(理想二极管的品质因子n 为1.0),而对应的多晶衬底的二极管品质因子n 为3.1。另外,在单晶金箔上电沉积的氧化锌纳米线也显示出良好的柔韧性,该纳米线能够经受500次的弯曲循环而无性能衰减。

如何提高化学研究的可重复性?

实验室里最苦恼的事情之一可能就是无法重复一个让人惊喜的实验。图片来自网络“可重复”对于科学实验的重要性不言而喻。理工科学生的第一节实验课,老师估计都会教“重复多次取平均”的规则。对于科学家来说,发表不可重复的实验结果,除了结论受到质疑,学术操守甚至人格也会遭受牵连。这样的例子数不胜数,轻者如Douglas Melton,自己从顶级期刊撤稿(点击阅读相关),重者如黄禹锡、小保方晴子等人,丢掉工作身败名裂(点击阅读相关)。重磅科研成果的不可重复一次次成为社会舆论的热点话题,最近一次的当属河北科技大学副教授韩春雨发表在Nature Biotechnology 上的NgAgo论文的重复性争议,直到现在,结果仍然扑朔迷离(相关报道一、报道二)。看上去,大多数实验可重复性问题出现在生物学、医学等领域中(点击阅读相关),那么化学是否独善其身呢?去年,Nature 杂志调查了1500位科学家,其中70%的受访者认为科学正面临严重的可重复性危机。不过,超过一半的受访者仍然信任各自领域的出版物,其中化学家们的信心最坚定,但同时对重复他人工作(甚至自己工作)之困难的抱怨也最多。这看起来自相矛盾,麻省理工学院(MIT)的有机合成化学家Rick Danheiser认为可能的解释是:相比其他领域,化学家们会更经常寻求准确地重复实验。化学实验的可重复性现状如何?药物化学家Derek Lowe指出,目前的天然产物化学研究中,几乎所有的多步合成法都不能真正用来生产,天然产物的主要来源仍然是从自然界提取。药物研发领域可能是可重复性最好的领域之一了。因为该领域有大量企业科学家做贡献。企业科学家没有发表论文的压力,他们发表有问题的数据得不到任何好处。而且企业科学家更重视专利的申请,而可重复性可能会带来法律问题。Lowe还认为,顶级期刊和垃圾期刊的可重复性问题都非常突出,大部分工作扎实、实验可靠的研究都发表在了中等期刊中。顶级期刊追求工作的新颖性,很可能忽视了重复性问题。化学界一直在努力提高本学科的可重复性,他们都有哪些好主意呢?可重复才能发表的期刊Organic Syntheses 是一本“不走寻常路”的科学出版物,从1921年发表第一篇文章开始,这本杂志上发表的每一个反应都能被重复。如此完美的秘诀是一篇文章出版之前,杂志社都会委托独立实验室重复待发表的结果。文章所有实验会在一位编委的实验室中重复,通常由研究生或博士后在编辑的监督下操作。Danheiser是Organic Syntheses 的主编,他说他们的目标是六个月内完成重复工作。2010至2016年间,这本杂志因为产率或选择性不可重复而拒掉了7.5%的投稿。这种对可重复性的严谨,在化学甚至整个科研界都绝无仅有。从创刊伊始,Organic Syntheses 就严格要求重复性,并以此为发表条件。图片来自网络这倒不是说其他学科的学者不严谨,而是学科特点所决定。生物实验变量太多,完全重复绝对是件极具挑战性的工作;而物理和某些化学分支的实验则需要特殊或昂贵的仪器,也很难在别处重复。跨越学科界限本月,Chemical Probes Portal网站收录了第275个化合物。这个网站致力于提高科学实验的可重复性。它建立了一个小分子生物探针数据库,网站主管Amy Donner说他们主要解决两个问题:第一个问题是确保研究者在实验中使用了正确的试剂,而另一个更大的问题是对于如何使用那些化学探针来调节活体内的生物过程是否理解错误。Chemical Probes Portal首页。图片来源:chemicalprobes.org世界上的化学探针成千上万,数量太多也成了问题。需要使用这些探针的生物学家往往不具备检验这些探针的专业知识。Chemical Probes Portal的目标是根据目标蛋白给出建议使用和规避的探针列表,尽管这一点暂时还做不到。目前,研究者可以在网站上交流探针的使用情况,即便是负面结果也能提醒其他人不要再浪费时间。这样一来,一种化学探针的优点和缺点将逐渐揭露出来。考虑到化学探针的数量确实太多,为了短时间内扩大网站的影响,Chemical Probes Portal的小目标是挑出某蛋白最好和最坏的探针。标准化命名Research Resource Identifier(RRID)是另一项致力于提高实验可重复性的尝试,具体做法是规范文献中引用的各类试剂、软件、抗体和模式生物的名字。尽管已经有200种期刊开始鼓励作者使用RRID的命名规则,但化学领域的期刊似乎比较“固执”。但实际上化学文献也因为化合物命名不统一而苦恼。因为教会所有人如何规范命名并不是一蹴而就的事情,RRID项目目前的最低目标是让研究者至少使用PubChem ID这样的数字编号。电子实验记录本另一种提高实验可重复性的方案风靡化学工业界,它就是电子实验记录本(electronic laboratory notebooks,ELNs)。依赖IT系统的电子实验记录本可以储存所有实验条件和原始实验数据,保证数据永远不会遗失,方便研究者翻阅以往数年的实验记录。它还可以搜索分子结构,以便于快速查找反应。在同一个研究组或公司内,同事间可以互相访问,这有利于减少重复劳动,并能提高实验的重复率。化学反应信息的电子化甚至有利于利用互联网技术帮助合成路线设计(点击阅读相关)。此外,电子实验记录本还能快速、准确地提供化学计量学计算和化合物安全信息,它比笔记本电脑更加适于实验室使用。不过学术界很少使用电子实验记录本,可能是价格太高吧。图片来源:Blend Images / Alamy Stock Photo近年来有机合成界最耀眼的明星学者之一、斯克里普斯研究所的化学家Phil Baran(点击阅读相关)认为实验数据的“开源”比同行评议的作用更大。化学的重复性问题应该比其他领域更容易解决。作者有责任把实验信息公开,并鼓励其他实验室去验证和重复。尤其是方法学论文更应该如此,因为它们是多步合成路线的基础。由此可见,提高整个化学学科的实验可重复性,归根到底还是需要依靠信息的准确和公开透明。对化学研究者自身而言,实验之前应多方考察文献真实性,并从设计实验起就做好详实的实验记录,包括所用试剂的详细信息,这些基本要求一定不能忽视。只有这样,万一将来论文受到质疑甚至你自己都无法重复实验的时候,你还有机会找出问题的关键,并进行补救。实验不能重复并不是最糟的,垫底的还有“学术不端”这口超级黑锅。编译自:https://www.chemistryworld.com/news/taking-on-chemistrys-reproducibility-problem/3006991.article(本文由氘氘斋供稿)

自然界中到处都是“化学家”

大千世界,无论是各行各业的翘楚人物,还是普普通通的芸芸众生,其实大家都是天生的“化学家”。就知道你不相信,且听笔者娓娓道来。当你读这篇文章的时候,你的眼睛正在使用有机化合物视黄醛(retinal)将光线转化成神经冲动(图1a);当你动用手指翻动手机屏幕时,你的手指正在发生着化学反应,将糖转化成你所需要的能量(图1b);当你思考问题的时候,你的大脑神经元之间被简单的有机分子神经递质胺类(neurotransmitter amines)传导着,因此大脑才会有反应(图1c)。看到了吧,我们每个人从出生开始掌握了丰富的化学分子,娴熟的使用着化学物质。每个人其实都是一个“人型容器”,装满化学物质,说是天生“化学家”一点都不算过。图1. 与人类生命活动有关的化学物质除了人类之外,地球上还有很多生物也深谙化学之道。臭鼬很显然也是此中高手,通过进化,它们使用恶臭的硫醇进行防御,当有敌人来袭,它们会释放出大量硫醇来熏走敌人,不得不说,臭鼬真是“化学战高手”(图2)。图2. 臭鼬和它的“化学武器”玫瑰也不甘示弱呢,作为千千万万女性最喜爱的植物,它使劲浑身解数,散发着迷人清香,这种香味是一种叫做damascenone的化学物质引起的。这种物质还有一个非常奇特的特点,浓的时候闻起来像樟脑或者松脂味,稀的时候很香,且一定程度上越稀越香(图3)。图3. 玫瑰和它的香味分子昆虫一般是靠气味去辨别同类的。它们分泌着化学物质去吸引同伴:比如雌性烟草甲虫分泌一种叫做serricomin的性信息素,雄性烟草甲虫对这种化学物质非常敏感。据统计,1.5 mg的serricomin便可吸引65,000只雄性烟草甲虫聚集(图4a)。橄榄飞蛾还是从事不对称合成领域的“化学家”呢,不同性别的橄榄飞蛾释放不同手性的信息素去吸引各自的目标,这样就不会出现弄错性别的尴尬啦(图4b)。图4. 昆虫的信息素最后来聊聊生命的遗传物质吧!说到遗传物质,估计大家都知道DNA的大名,并且都知道是双螺旋结构。可是DNA的化学结构是什么?为什么DNA是双螺旋结构?估计能答上来的人不多吧。DNA基本结构单元是脱氧核苷酸,如图5所示,由磷酸基团、核糖基以及碱基三部分构成。根据碱基的不同,DNA含有四种基本单元:腺嘌呤A、胸腺嘧啶T、鸟嘌呤G、胞嘧啶C。通过两两配位(A-T,C-G)使得DNA成双螺旋结构。配位使用的也是最基本的化学原理——氢键,A与T以两个氢键连接,C与G则是三个氢键。这也就解释了为什么A与C、T与G不能配位。不由的感叹,生命真的太神奇了!图4. 脱氧核苷酸的四种碱基看看吧,我们都是天生的“化学家”,选化学专业只是回归本行而已,我们还有什么理由不去学好化学呢?(本文内容主要来自书籍Organic Chemistry,作者Clayden, Greeves, Warren and Wothers)(本文由Chem-Stone供稿)

X-MOL盘点:2月化学前沿科研成果精选

X-MOL团队从Nature、Science、Nature Chemistry和JACS等杂志发表的化学领域研究论文中,精选上月部分有意思的科研成果,以馈读者。图片来自网络(一)余金权团队Science:异丙基去对称化,构建α-手性中心Science, DOI: 10.1126/science.aal5175原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面):Formation of α-chiral centers by asymmetric β-C(sp3)–H arylation, alkenylation, and alkynylation很多小分子药物的核心结构包括至少一个手性中心。通过脂肪族C-H键活化构建手性中心,一直以来都是有机化学家追求的目标。然而,由于惰性脂肪族C-H键活化的难度以及手性控制等问题,该领域一直进展缓慢。美国斯克里普斯研究所(The Scripps Research Institute,TSRI)的余金权(Jin-Quan Yu)教授团队报道了使用手性单保护的胺甲基噁唑啉化合物作配体,在Pd催化条件下实现了酰胺导向的异丁酸衍生物中异丙基的去对称化,通过不对称β-C(sp3)-H官能团化反应构建α-手性中心,芳基化、烯基化、炔基化都能以较高的产率和对映选择性实现,反应官能团兼容性强。并且作者还对芳基化的产物进行了余下甲基C-H键的多种官能化反应,并取得了很好的结果。这一成果为在不对称合成中构建α-手性中心提供了一个颇具通用性的新方法。(二)含能材料领域国内首篇Science:南京理工大学合成首个五唑阴离子盐Science, DOI: 10.1126/science.aah3840原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面):Synthesis and characterization of the pentazolate anion cyclo-N5- in (N5)6(H3O)3(NH4)4Cl南京理工大学团队报道了有史以来第三个能稳定存在的全氮化合物离子——五唑阴离子(cyclo-N5-),研究人员得到了其室温稳定的盐,这在N5-的合成和全氮含能材料的研究上取得了里程碑式的突破。该论文是南京理工大学首次在Science 杂志上发表学术论文,也是我国含能材料领域在Science 上发表的第一篇研究论文。在该团队以往的研究中,他们发现在芳基五唑的芳基间位/对位上增加给电子基团,能提高由芳基五唑形成cyclo-N5-的效率。于是,他们设想能否通过加入一种试剂,在芳基五唑的C-N键被打断的同时来稳定所形成的cyclo-N5-离子。经过创造性的思考和上百次的实验,他们终于找到了解决方案:采用间氯过氧苯甲酸(m-CPBA)和甘氨酸亚铁[Fe(Gly)2]分别作为切断试剂和助剂与底物3,5-二甲基-4-羟基苯基五唑作用,通过氧化断裂的方式选择性地切断芳基五唑分子中的C-N键,再经过后续过滤以及硅胶柱层析,以19%的收率得到室温下稳定、含有cyclo-N5-离子的盐(N5)6(H3O)3(NH4)4Cl(白色固体)。热分析实验结果显示,其分解温度高达116.8℃,具有非常好的热稳定性。(三)水蒸发,能发电?Nature子刊报道中国科学家的突破Nature Nanotech., DOI: 10.1038/NNANO.2016.300原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面):Water-evaporation-induced electricity with nanostructured carbon materialsNature Nanotech., 2017, DOI: 10.1038/NNANO.2016.300华中科技大学周军教授和南京航天航空大学郭万林教授领导的研究团队发现,在纳米结构的碳材料表面进行水蒸发,能够产生电压。他们借助于廉价的碳黑片层材料,利用水蒸发可以在常温条件下产生近1 V的可持续电压。研究人员首先将由多壁碳纳米管制作的两个电极印在石英基底上,接着通过简单的乙醇火焰在两电极之间生长上碳黑片层,再经退火和等离子体处理,最后经环氧树脂包封,得到由两个多壁碳纳米管电极和碳黑片层组成的装置。研究人员将此装置部分浸入到去离子水中,惊奇地发现在室温条件下两电极之间能产生开路电压,并且逐渐升高到1 V。在长达8天的实验中,该装置的开路电压能稳定维持住1 V左右,短路电流在150 nA左右。研究人员通过实验证实了产电的机理,由于水的持续蒸发会引起水流入到多孔的碳黑片层中,即电解质溶液在带电荷的绝缘表面流动,将会产生一种电动现象,科学家称之为流动电位。最后,研究人员通过搭建简单的串联装置,能够轻松地将输出电压提高到4.8 V,并成功地为液晶显示屏供能。串联装置为液晶显示屏供电。图片来源:Nature Nanotech.(四)人类攻克帕金森病或迎重大转机Cell, DOI: 10.1016/j.cell.2016.11.018原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面):Gut Microbiota Regulate Motor Deficits and Neuroinflammation in a Model of Parkinson's Disease长久以来,医学界一直认为帕金森病是一种脑部疾病。然而,美国科学家近日发表在顶级杂志Cell 上的一篇文章却给出了一个令人震惊的观点:帕金森病的元凶或许还藏在人的肠道里!加州理工学院的Sarkis Mazmanian等人以经过基因改造的小鼠为帕金森病模式动物,展开了一系列实验。结果显示,对于生长在无菌环境下的小鼠而言,出现运动障碍的频率要低一些,而在与控制运动有关的脑部区域,误折叠蛋白质聚在一块的现象也有所改善。对于因人工干预而表现出帕金森病症状的小鼠而言,采用抗生素作为治疗手段,亦可改善运动机能。与之形成鲜明对照的是,若让生活在无菌环境下的小鼠接受短链脂肪酸(肠道微生物的代谢产物),或者在其体内植入从人类帕金森病患者身上弄来的肠道菌群,那么它们的运动机能会严重恶化。一句话,研究揭示出肠道菌群在某些情况下或促进误折叠蛋白质的聚集,从而损害运动机能。由此可见,除了遗传因素,肠道菌群在帕金森病的形成中或扮演着非常重要的角色。不过研究人员提醒道:“研究人员在小鼠身上使用了大剂量的抗生素,但对人类而言,这可能蕴藏着巨大的风险,让免疫系统吃不消,也殃及正常代谢功能。另一方面,众所周知,肠道菌群对人体很重要,有着重要的生理功能。现实情况是,单凭目前掌握的数据,就对付帕金森病而言,我们尚无法分辨哪些菌是朋友,哪些菌是敌人。”(五)AI再登Nature封面:诊断皮肤癌,准确度堪比专家Nature, DOI: 10.1038/nature21056原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面):Dermatologist-level classification of skin cancer with deep neural networksNature杂志以封面文章的形式报道了一个斯坦福大学研究团队将人工智能(AI)和医学诊断相结合的最新成果。AI通过分析图片,可以诊断出数种人类皮肤癌症。这项成果有别于传统的图像识别,科学家训练深度卷积神经网络(convolutional neural networks,CCNs,一种深度学习算法)去识别皮肤损伤,准确率堪比有多年行医经验的“专家级”人类医生。训练计算机的数据库由129,450张皮肤损伤图片和对应的文字描述组成,涵盖了2032种皮肤病。而诊断的“参考答案”则由皮肤病专家提供,他们依靠的是非侵入性图像分析和组织活检。之后,计算机迎来了“毕业考试”。研究者向受训的计算机和21名执业医师分别提供了一批训练数据集中没有出现过的皮肤损伤图片,这些图片都由组织活检确定了对应的病症。诊断比赛的结果令人大跌眼镜,计算机的准确率和人类医生差不多,甚至有时候还略好一点。但用人工智能诊断疾病也面临着一些风险。拿皮肤癌来说,如果人们过于依赖计算机的“DIY诊断”,一些高危人群可能会错过医生的全身检查,要知道有很多皮肤癌就是全身检查时“无意中”发现的。(六)5步反应,编织迄今最复杂的分子结Science, DOI: 10.1126/science.aal1619原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面):Braiding a molecular knot with eight crossings随着科学的不断发展,科学家们认为“结”在微观世界如同在宏观世界中一样用途多多。目前只有一些简单的分子结合成见诸报道,如三叶结、8字结、五叶结,最多含有两条“编织链”,而合成其他分子结的方法还十分缺乏,这限制了在分子水平上对于“结”的系统性研究。英国曼彻斯特大学化学家David A. Leigh的团队曾合成了分子五叶结(点击阅读相关),近期他们在Science报道了新的进展,合成迄今最复杂的首个三条“编织链”的分子结。在实验中,Leigh的团队发现把四个合成模块组装成三条编织配体链是可能的,并用八面体的二价铁离子在圆形的三螺旋体中控制每三条编织链在每一个交叉点上的相对位置,而配体本身的结构特点决定了编织链的连接。这样,两步就组装出了一个819分子结(根据扭结理论[1],“819”中的“8”表示含有8个交叉,“19”代表这是含8个交叉的扭结中的第19种结构)。该分子结在含有192个原子的闭环上有8个交叉点,长度约20纳米。无金属的819分子结对映体在圆二色谱中具有明显信号,这里的手性仅是由于拓扑手性所产生的。这对于更复杂的分子结的编织、在分子水平上研究分子结以及材料方面的研究都具有重要意义。。(七)三角烯:我来,我见,我征服Nature Nanotech., DOI: 10.1038/nnano.2016.305原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面):Synthesis and characterization of triangulene三角烯(triangulene)作为最小的三线态基态稠环类化合物,有人假想三角烯由22个碳原子以六组六元环稠合而成。三角烯因为该分子包括两个未成对共价电子,极易发生氧化,具有极高的活性。以往的解决办法是通过在三角烯的骨架引入合适的取代基以稳定两个未成对的电子,而如何得到无取代基的三角烯分子便成为困扰化学研究工作者的难题。最近被瑞士IBM研究中心的Niko Pavliček等人“征服”。他们通过扫描隧道电镜结合原子力显微镜(STM/AFM)技术,利用表面合成法得到无取代基的三角烯,并对这一分子进行了表征,最终“见”到了三角烯的存在。既然三角烯容易氧化,那么一般的合成路线就很难成功。研究团队这里采用了反其道而行之的策略,先得到较稳定的前体化合物二氢三角烯(dihydrotriangulene),再将二氢三角烯前体化合物置于Cu(111)、NaCl(100)和Xe(111)表面,然后利用STM/AFM显微镜探针施以两次连续的电压脉冲,在原子水平下“怼”掉两个氢原子并创造未配对电子,从而合成三角烯。实验结果证明这一策略取得了成功。尽管三角烯还算不上稳定,但在高真空度和低温的实验条件下,研究人员还是在显微镜的帮助下得到了三角烯的AFM图像。他们发现除了亚甲基位的氢原子发生消去外,分子结构并未发生变化。结合密度泛函理论计算,研究人员证实了三角烯仍旧保持着游离的状态,从而说明了三角烯分子得以成功制备。(八)南开大学汤平平组Nature Chem.:新三氟甲氧基化试剂,新突破Nature Chem., DOI: 10.1038/nchem.2711原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面):Asymmetric silver-catalysed intermolecular bromotrifluoromethoxylation of alkenes with a new trifluoromethoxylation reagent含氟有机化合物在医药、农业化学和材料科学中发挥着越来越重要的作用,含三氟甲氧基有机化合物便是其中一大类。由于三氟甲氧基具有强吸电子性和高脂溶性,因此在新药和农化产品中引入三氟甲氧基越来越多地引起了人们的关注。然而,含三氟甲氧基有机化合物的合成仍然是极具挑战性的工作,这主要是由于:(1)三氟甲氧基负离子容易分解;(2)过渡金属-三氟甲氧基复合物容易发生β-氟消除,至今还没有催化的对映选择性三氟甲氧基化反应的报道。近期,南开大学化学院的汤平平教授课题组在Nature Chemistry上发表重要文章,报道了利用三氟甲基芳基磺酸酯(trifluoromethyl arylsulfonate,TFMS)作为新的三氟甲氧基化试剂,在银催化下实现了烯烃的分子间不对称溴-三氟甲氧基化反应。相比于其它三氟甲氧基化试剂,TFMS易于制备且比较稳定,具有良好的反应性。该反应操作简便,在温和的条件下可以实现克级规模制备,底物适用性广泛,具有良好的官能团兼容性,可用于复杂天然产物或者天然产物类似物中双键的衍生化,在有机合成和药物改造中将有重要应用价值。(九)高稳定性B-N-O六元杂环的合成及其催化活性Nature Chem., DOI: 10.1038/NCHEM.2708原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面):Unique physicochemical and catalytic properties dictated by the B3NO2 ring system随着研究的深入,B、N、O掺杂的六元环结构也被逐步发掘。作为C=C的电子等排体,B=N的取代依然能够部分保持离域π键的性质,加之其它方面的电子特性,B、N、O掺杂的六元环结构也同样应用于部分电子器件上。在环硼氮烷结构的基础上,研究者们又将O引入到了六元环中,进一步探索B、O、N三种原子取代的六元杂环体系的合成与性质。日本微生物化学研究所的Masakatsu Shibasaki和Naoya Kumagai等人研究了1,3-二氧杂-5-氮杂-2,4,6-三硼杂环烷(DATB)的制备,并发现了这类分子在催化酰胺化上的优异性质。DATB的B3NO2六元环结构具有B-N-B和O-B-O的结构单元,O-B-O结构能够提供Lewis酸位点与胺结合,而B-N-B则能与羧酸作用,最终催化酰胺的生成。由于DATB热稳定性强,对水不敏感,在商品化制备酰胺类化合物中具有潜在的应用价值。(十)维生素B3保护视神经元,阻击青光眼!Science, DOI: 10.1126/science.aal0092原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面):Vitamin B3modulates mitochondrial vulnerability and prevents glaucoma in aged mice虽说是眼病,但严格说来,青光眼是一种神经退行性疾病(就像阿尔兹海默症或帕金森症一样)。大多数青光眼的起因是有害的眼内高压导致的进行性功能障碍,这会造成视网膜神经节细胞的损失。视网膜神经节细胞是连接眼睛和大脑的“高速光缆”。和其他退行性疾病一样,年龄的增加是青光眼的最大诱因。目前治疗青光眼的方法主要是通过手术或药物降低、控制眼压,缺少真正“治本”的能特异性靶向视网膜神经节细胞或者抗衡年龄增加影响的治疗方法。近日,兼任美国杰克逊实验室(Jackson Laboratory)教授和霍华德-休斯医学研究所(The Howard Hughes Medical Institute)研究员的Simon W. M. John博士领导的一个研究团队报道,以遗传上易患青光眼的小鼠模型为实验对象,在小鼠的饮水中添加维生素B3可有效地阻止这种疾病的发展。这个结果非常令人惊讶。因为维生素B3(又称烟酰胺【注】)是一种结构非常简单的有机小分子,市面上很常见,它的常见作用与青光眼没有半毛钱关系。【注:John等人在论文中标明维生素B3是烟酰胺,但维基百科等不少网站上说维生素B3是烟酸,而烟酰胺是维生素PP。本文尊重论文原文的表达,在本文中维生素B3指烟酰胺】【X-MOL提示:本内容仅属学术研究范畴,不能指导临床药物的使用。任何药物的服用与停用,都应以医嘱为准!】

MIT科技评论发布2017年全球十大突破性技术榜单

图片来源:易网2月21日,《麻省理工科技评论》中国大陆地区独家运营方DeepTech深科技在北京发布2017年全球十大突破性技术榜单。榜单包括:(1)能使计算机在没有明确指导情况下像人一样自主学习的人工智能方法“强化学习”,可以让自动驾驶汽车等自动化领域进展大大提速(成熟期1—2年);(2)能更真实还原事件和场景的消费级“360°全景相机”,其廉价的摄影方式能改变人们分享故事的方式(现已成熟);(3)正在开发和批准进程中的基因疗法2.0,有望彻底治愈由单个基因突变导致的很多疾病(现已成熟);(4)描绘人体中各种细胞类型的全目录“细胞图谱”,为加速新药研发与试验提供超精确的人类生理学模型(成熟期5年);(5)可在高速路上自动驾驶的长途货车,能帮助货车司机更高效地完成运输任务,但也会导致货车司机因此失业(成熟期5—10年);(6)在网络交易等领域广泛使用的刷脸支付,提供了一种安全方便的支付方式,但也存在泄露隐私隐患(现已成熟);(7)可以让太阳能电池效率翻倍的太阳能热光伏电池,可能会催生出在日落后仍可工作的廉价太阳能发电技术(成熟期10—15年);(8)能够制造出稳定量子比特的实用性量子计算机,可运行人工智能程序及处理复杂的模拟和规划问题(成熟期4—5年);(9)可绕过神经系统损伤实现运动即治愈瘫痪的无线脑—体电子元件,有望帮助全球数百万人摆脱瘫痪的折磨(成熟期10—15年);(10)能造成大规模网络瘫痪的僵尸物联网,可感染并控制消费电子产品且破坏力越来越大(现已成熟)。http://digitalpaper.stdaily.com/http_www.kjrb.com/kjrb/html/2017-02/22/content_362685.htm?div=-1

春节特辑:2016年读者最爱文章Top 10

过去的一年里X-MOL刊登了很多有深度、有意思的文章,我们挑选其中读者阅读量最高的十篇科研论文解读和新闻事件分析,做为春节特辑,祝各位读者新春愉快!1. 放下那块肉!Nature 论文提示胡吃海喝毁三代图片来源:昵图网新春佳节,亲朋聚会,吃吃喝喝是少不了的,餐桌上的鸡鸭鱼肉当仁不让的唱起了主角。不过,Nature 上的一篇论文却毫不留情的提示,要少吃点肉,多吃点蔬菜,否者你的子孙都有可能会遭殃!斯坦福大学Justin L. Sonnenburg教授领导的研究团队以小鼠为实验模型,通过比较几代小鼠在不同的饮食模式下的肠道微生物群落,发现低膳食纤维饮食会使小鼠后代的肠道菌群持续下降。这一结果也暗示人类如果坚持食用低纤维食品,那么后代有可能也发生相同的事情。点击阅读详细2. Science 封面:纳米阵列“超级镜头”,哈佛大学的革命性突破图片来源:Science这种登上Science 封面的“超级镜头”(meta-lenses or metalenses),不是常见的相机镜头那种起源于19世纪的曲面透镜技术。美国哈佛大学的Federico Capasso教授团队使用高纵横比的二氧化钛纳米阵列构成“超表面(metasurfaces)”以控制其中光波相互作用的方式,得到了数值孔径(numerical aperture,NA)高达0.8的透镜,可在可见光谱范围内高效率工作,实现亚波长分辨率成像(subwavelength resolution imaging)。简单点说,就是一个比一张纸还要薄的透镜,可将图像放大170倍,而且图像质量还和当前世界上最先进的光学成像系统相当。点击阅读详细3. 2016诺贝尔化学奖:分子机器终折桂,CRISPR等明年再来?2016年诺贝尔化学奖于10月5日公布,三位化学家因设计和合成分子机器("for the design and synthesis of molecular machines")而获奖。他们是法国斯特拉斯堡大学(University of Strasbourg)的Jean-Pierre Sauvage、美国西北大学(Northwestern University)的Sir J. Fraser Stoddart、荷兰格罗宁根大学(University of Groningen)的Bernard L. Feringa。点击阅读详细4. MIT化学家“逆天”发明:除皱、保湿、去眼袋的皮肤材料麻省理工学院(MIT)大牛Robert Langer教授等人在Nature Materials 上发表了一篇文章,介绍了他们刚刚发明的一种新材料,这种材料宛如人的“第二层皮肤(second skin)”,能够很好地保护皮肤,使肌肤更紧致,让人瞬间恢复青春。而且,未来它或能被用于治疗湿疹或其他皮肤病,以及作为药物载体进行透皮给药。点击阅读详细5. 博士就业形势到底如何?《Science》文章评论区已炸……图片来源:f11photo/iStockphotoScience 杂志社有三十年经验的政府科学政策资深专家Jeffrey Mervis在Science 刊文,以“'Employment crisis' for new Ph.D.s is an illusion”为题抨击媒体误读数据,夸大博士就业形势的严峻程度。此文一出,在Science网站上就招来了众多吐槽,其中不少评论相当有内容,应读者要求,X-MOL对其进行整理编译,希望能为这一沉重话题带来更多解读的视角。点击阅读详细6. 太残暴,“石墨烯+橡皮泥”,玩出了篇ScienceColeman教授和他的儿子Oisín手里拿着G-putty。图片来源:AMBER/Trinity College Dublin因此,爱尔兰都柏林圣三一学院的Jonathan N. Coleman教授课题组将石墨烯纳米片(长200-800 nm、厚度约20个原子层)和轻度交联的聚硅树脂(俗称橡皮泥,silly putty)混合,得到一种敏感度很高的电力学传感材料——G-putty,可以用来检测变形和冲击等过程。“我很愿意说,这一切都经过了周密的计划,但事实却非如此。”Coleman教授在接受采访时笑着说,“我们课题组已经形成了一个传统,很乐意在科学研究里尝试那些家用的东东。”尽管在成功商业化之前还需要解决一些问题,诸如材料的大规模生产和真实环境中的长期性能测试等,但基于G-putty的传感器廉价、小巧、无创、使用方便,在医疗器械、可穿戴装备等领域有着非常光明的应用前景。点击阅读详细7. Nature:吃货注意了,少吃或许能“冻龄”图片来源:网易来自荷兰鹿特丹大学的J. H. J. Hoeijmakers和国家公共健康和环境研究所的M. E. T. Dollé等科学家最近发表在Nature上的一篇文章表明,严格控制饮食能够延长早老综合征模型小鼠的寿命。与无限量供应食物的小鼠相比,减少摄入30%食物的小鼠寿命大为延长。不过鉴于人类群体极为丰富的遗传多样性和环境多样性,饮食控制要应用于保护正常衰老中的基因,还有很多临床试验要做。当然了,对有些人来说,不能尽情吃喝,活着有啥意思,囧~~点击阅读详细8. AI击败化学家?——Nature 封面文章报道机器学习方法,或掀起化学科研革命图片来源:Nature美国哈弗福德学院化学家Alexander J. Norquist、Sorelle A. Friedler和Joshua Schrier领导的研究小组的成果,可能会让化学家们开始担心来自AI的竞争。Norquist等人以Nature 封面文章的形式报道了一种强大的机器学习算法(machine-learning algorithm),通过使用失败实验的数据(当然也包括成功实验的数据)进行训练,在预测晶体制备策略的比赛中成功率高达89%,打败了经验丰富的人类化学家。点击阅读详细9. 向日葵为什么总是向着太阳?来听Science封面文章的解释图片来源:Science加州大学戴维斯分校Stacey L. Harmer教授研究小组用科学的实验解释了“向日葵为什么总是向着太阳”这一从达尔文时代开始就困扰人类的问题。他们的实验数据证明,向阳性有助于向日葵生长,向日葵夜间的运动是自身生物钟的主动调节而不是惯性反弹,向日葵自身的生理节奏指导其向阳性,而光照角度以及时长的确能够影响其运动。进一步研究发现茎干两侧的类生长素基因表达有巨大差异,对光和生理节奏有响应的基因控制着茎干两侧的不对等生长,而茎干的不对等生长对于向日葵的向阳性是必不可少的。最后,为什么成熟的向日葵会失去向阳性而是将其面盘固定地对着东方呢?东朝向的向日葵面盘在上午更容易受到阳光照射,而变的更温暖,从而更吸引传播花粉的昆虫们;而向西朝向的向日葵温度低,接触授粉昆虫的频率要低五倍左右。点击阅读详细10. 详解国内首篇有机Science,上海有机所刘国生团队碳氢键官能团化的新突破图片来源:Science最近十数年间,中国有机化学科研的发展可以用飞跃来形容。曾几何时,国内有机化学课题组的工作能发表在JACS 或Angew 上就算是激动人心的突破,而现在,这两个老牌知名期刊几乎每一期上都有来自中国的有机化学工作。不过,作为最顶级的科学期刊,Science却一直是国内众多有机课题组无法企及的高峰。可喜的是,中国科学院上海有机化学研究所的刘国生(Guosheng Liu)研究员课题组最近终于实现了零的突破,在Science 上报道了烷烃碳氢键不对称官能团化的新方法。他们通过发展金属催化的自由基接力新策略,成功地实现了铜催化苄位不对称自由基氰化反应,在室温条件下即可进行苄位sp3碳氢键[C(sp3)-H键]的活化,以最短的路线,高对映选择性地得到氰化产物——手性腈类化合物(一般底物都能达到90%~99%的ee值),而且反应底物适用范围非常广。点击阅读详细

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