肝癌别猖狂,纳米“太极”尝一尝

肝细胞癌(HCC)是世界范围内最“猖狂”的恶性肿瘤之一,尤其是在乙型肝炎(HBV)流行的亚太地区。肝切除或肝移植仍然是早期肝癌的一线治疗方法,但这对大多数中晚期肝癌患者并不适用。更不幸的是,即便完成肝切除术,术后五年癌症复发率也高达70%-80%。对于癌症复发或者无法手术的患者,化疗是可以依赖的治疗手段。不过,肿瘤对于传统化疗药物的不敏感性甚至耐药性会让化疗效果大打折扣。用一种药物载体递送两种作用机制不同的化疗药物,是对抗不敏感性甚至耐药性的有效方式,此外,如果这种药物载体还能整合诊断功能的话,就可以为患者提供更加个性化的诊疗一体化方案。 最近,东北师范大学的王春刚教授团队和第二军医大学东方肝胆外科医院的程树群教授团队合作,首次合成新型类似“太极”的复合纳米颗粒,将亲水/疏水不同尺寸客体分子储存、pH响应药物释放以及上转换发光(UCL)/计算机断层扫描(CT)/磁共振(MR)成像等多种功能整合在一起。这种复合纳米颗粒具有独特的结构:外壳为具有分级孔结构的亲水性多孔SiO2,可保证在水中的分散;而疏水性的内腔包含堆叠在一起的超小的油酸包覆NaYF4:Yb,Er上转换纳米颗粒(OA-UCNPs),具有太极状中空结构。这种独特的纳米结构,使得这种复合纳米颗粒除了可以用于多模式(UCL/CT/MR)成像诊断,还可有效负载多种不同尺寸药物,比如疏水性的5-氟尿嘧啶(5-Fu)、10-羟基喜树碱(HCPT)和紫杉醇(PTX),以及亲水性的多柔比星(DOX)。而且,不同大小不同亲水性的药物存储在不同空间,通过不同孔道释放,这非常有利于减少副作用、方便患者的个性化药物选择并增强诊疗协同效果。体外和体内实验结果证明,负载HCPT/DOX的这种“太极”复合纳米颗粒可作为优秀的纳米诊疗药物用于HCC的多模式成像引导协同双重药物治疗。这一成果近期发表在Nanoscale Horizons上。 图1. “太极”复合纳米颗粒的合成、修饰及应用。图片来源:Nanoscale Horiz. 这种新颖的“太极”复合纳米颗粒是如何合成的呢?大体流程如图1上半部分所示。首先,按照常规方法合成聚丙烯酸(PAA)纳米颗粒(图2a);再加入稀土金属硝酸盐,并随后水解生成聚丙烯酸包裹的稀土氢氧化物(RE(OH)3/PAA)单分散纳米颗粒(图2b);再加入原硅酸四乙基酯(TEOS),以上一步得到的纳米颗粒为模板生长成小SiO2纳米颗粒堆叠而成的外壳(图2c-d);最后,在180 °C的水、油酸和乙醇(2:1:3)的混合物中进行简单的溶剂热反应24 h,就可得到“太极”复合纳米颗粒(图2e-f)。在溶剂热反应过程中,随着时间的增加,碱性环境下SiO2外壳被刻蚀,形成不同孔径的孔道;同时,RE(OH)3/PAA纳米颗粒中的PAA逐步溶解,而RE(OH)3则逐步转化为超小的油酸包覆NaYF4:Yb,Er上转换纳米颗粒(OA-UCNPs)。伴随着PAA的溶解和上转换纳米颗粒的生成,最终复合纳米颗粒的形貌由实心球状转变为具有中空多孔SiO2壳的“太极”状。 图2. “太极”复合纳米颗粒制备过程和表征。图片来源:Nanoscale Horiz. 为了研究“太极”复合纳米颗粒的药物释放速率,作者以疏水性的HCPT和亲水性的DOX为模型药物测定了不同酸碱度条件下“太极”复合纳米颗粒的药物释放曲线。此外,细胞实验证明同时负载HCPT/DOX的“太极”复合纳米颗粒表现出协同效应,对肿瘤细胞的细胞毒性比负载单一药物的纳米颗粒及其混合物(“鸡尾酒”体系)都要高,并具有明显的浓度依赖性。对于“太极”复合纳米颗粒,除了可以实现UCL成像之外,还可用于CT和MR成像,这表明了“太极”复合纳米颗粒作为多模式成像纳米诊疗平台具有广阔的应用前景。在治疗方面,作者将制备的“太极”复合纳米颗粒同时应用于CDX和PDX(cell line-derived xenograft and patients-derived xenograft models)两种鼠模型(图3),结果一致表明负载HCPT/DOX的“太极”复合纳米颗粒的肿瘤抑制率最高,而且肿瘤体积最小,切片呈现大部分癌细胞被杀死。 图3. 活体成像和抗肿瘤实验。图片来源:Nanoscale Horiz. 总结 本文作者团队首次合成整合了亲水/疏水不同尺寸客体分子储存、pH响应药物释放以及UCL/CT/MR多模式成像等多种诊疗功能的“太极”状复合纳米颗粒。通过将不同亲水性、不同尺寸的客体分子药物分别储存,它们的释放互不干扰,在降低副作用的同时,也为患者个性化药物选择提供了更好的方案。同一种载体负载不同的药物,“太极”复合纳米颗粒具有协同增效的效果,体外实验和体内实验皆证实负载两种药物的“太极”复合纳米颗粒具有最高的抗癌活性。复合纳米颗粒本身还支持UCL/CT/MR多模式成像,这意味着这种多功能纳米诊疗平台具有广阔的应用前景。 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): Engineering of Tai Chi-like Nanocarriers for Varisized Guests Delivery and Synergistic Eradication of Patients-Derived Hepatocellular Carcinoma Xiangjun Chen, Xiuping Zhang, Shengnan Li, Lingyu Zhang, Qi Zhang, Zhenhua Chen, Lu Li, Zhong-Min Su, Shuqun Cheng, Chungang Wang Nanoscale Horiz., 2019, DOI: 10.1039/C8NH00467F 关于Nanoscale Horizons: Nanoscale Horizons由英国皇家化学会与国家纳米科学中心合作出版,报道纳米和纳米技术研究领域的突破性前沿科研成果,2017年的影响因子为9.391。Nanoscale Horizons 是 Nanoscale 系类期刊的一员,另两本刊为 Nanoscale 和 Nanoscale Advances。 (本文由叶舞知秋供稿)

来源: X-MOL 2019-04-25

RSC主编推荐:材料领域精彩文章快览(免费阅读原文)

英国皇家化学会(RSC)是一个超过175年历史的面向全球化学家的非营利会员制机构,旗下拥有44种期刊,其中很多在化学领域有很高影响力。为了进一步帮助广大读者追踪科技前沿热点,X-MOL团队与英国皇家化学会合作,推出英国皇家化学会期刊主编推荐的精彩文章快览,本期文章属“材料领域”,英文点评来自英国皇家化学会期刊的主编。如果大家对我们的解读有更多的补充和点评,欢迎在文末写评论发表您的高见! Chemical Science (IF: 9.063) 1. NIR-II light-modulated thermosensitive hydrogel for light-triggered cisplatin release and repeatable chemo-photothermal therapy Chem. Sci., 2019, Advance Article DOI: 10.1039/C9SC00375D A team of scientists from Guangxi Normal University in China have developed an injectable hydrogel through self-assembly of a conjugated polymer and α-cyclodextrin for cisplatin delivery. The hydrogel is intrinsically responsive to NIR-II light and temperature, allowing controlled release of the drug. The conjugated polymer absorbs NIR-II light mediating photothermal conversion for combined therapy against breast cancer cells. The hydrogel has long retention time and repeatable treatment from a single injection. 广西师范大学的研究团队开发了一种通过共轭聚合物和α-环糊精的自组装形成的可注射水凝胶,可用于顺铂的递送。该水凝胶本身对近红外二区(NIR-II)光和温度有响应,可以实现药物的可控释放。这种水凝胶中共轭聚合物通过吸收近红外二区光介导光热转化,可用于乳腺癌细胞的联合治疗。该水凝胶具有较长的保留时间,可实现单次注射、多重治疗的效果。 Open Access(可免费阅读原文) 扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文 详细解读: 沈星灿团队 Chem. Sci. | 新型近红外二区光响应温敏水凝胶—顺铂可控释放与肿瘤协同治疗 Materials Horizons (IF: 13.183) 1. Label-free manipulation via the magneto-Archimedes effect: fundamentals, methodology and applications Mater. Horiz., 2019, Advance Article DOI: 10.1039/c8mh01616j This review introduces the theoretical basis of label-free manipulation by distinguishing magnetic matter and magnetic media. A state-of-the-art review is presented on manipulation techniques, ranging from levitation to orientation, separation, trapping, and self-assembly in 3D at both the macroscale and microscale. Finally, it is concluded with a brief outlook and future perspectives. 本篇综述介绍了(基于磁阿基米德原理)通过区分磁物质和磁介质进行非标记操控的理论基础。本文介绍了最新的操控技术,包括宏观尺度和微观尺度中的磁悬浮、定向、分离、捕获以及三维自组装。最后,还对未来前景进行了展望。 限时免费阅读原文,登录后可下载 扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文 2. Photocatalytic effect of ZnO on the stability of nonfullerene acceptors and its mitigation by SnO2 for nonfullerene organic solar cells Mater. Horiz., 2019, Advance Article DOI: 10.1039/c9mh00379g Herein, we report that ZnO tends to decompose high-performance acceptor–donor–acceptor (A–D–A) nonfullerene acceptors due to its photocatalytic activity under UV illumination. This leads to poor device stability of NF solar cells under solar light illumination. In the second part of this work, a mitigation strategy of the photocatalytic effect is reported by using SnO2 as the electron-transporting layer to replace the ZnO. The solar cells with SnO2 display better stability than the reference cells with the ZnO ETL, and in the meantime exhibit higher photovoltaic performance. 本文作者发现,由于在紫外光照射下的光催化活性,ZnO倾向于分解高性能受体-给体-受体(A-D-A)型非富勒烯受体。这导致了在太阳光照射下非富勒烯太阳能电池器件糟糕的稳定性。作者们还发现,用SnO2代替ZnO作为电子传输层,可以缓解光催化效应带来的影响。与含有ZnO电子传输层的参比电池相比,含有SnO2的太阳能电池显示出了更好的稳定性,同时也表现出了更高的光伏性能。 限时免费阅读原文,登录后可下载 扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文 3. The importance of phase equilibrium for doping efficiency: iodine doped PbTe Mater. Horiz., 2019, Advance Article DOI: 10.1039/c9mh00294d This study provides a pedagogical framework to guide synthesis of high-performance semiconductors though phase equilibria considerations. It introduces a saturation annealing technique to the phase boundary mapping methodology to establish a thermodynamic pathway for the processing of precisely doped materials. Understanding connections between phase equilibrium and doping can ensure reproducible, optimal, and reliable performance in both new and classic materials systems. 本研究提供了一个通过考虑相平衡来指导高性能半导体合成的教学框架。它将饱和退火技术引入相界映射方法,建立一种加工精确掺杂材料的热力学路径。了解相平衡和掺杂之间的联系可以确保在新材料系统和传统材料系统中实现可重复、最佳以及可靠的性能。 限时免费阅读原文,登录后可下载 扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文 Polymer Chemistry (IF: 4.927) 1. Morphology control and property design of boronate dynamic nanostructures Polym. Chem., 2019, Advance Article DOI: 10.1039/C9PY00217K In this paper authors have investigated the design and synthesis of boronate dynamic nanostructures (BDNs) which have previously been used in catalysis, as sensors and in pharmaceuticals. The authors provide insights into the relationship between the molecular design and the morphology, structure and properties of the nanostructures. They focus on phenylboronic acid derivatives and their findings can be generalised to apply to other dynamic systems. 本文作者研究了硼酸酯动态纳米结构(BDN)的设计和合成,该材料此前已经应用于催化、传感器和药物中。作者提出了关于纳米结构的分子设计与形貌、结构和性质之间关系的见解。本文重点专注了苯基硼酸的衍生物,相关发现可以推广应用于其他动态系统。 限时免费阅读原文,登录后可下载 扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文 Biomaterials Science (IF: 5.831) 1. Ultralong circulating choline phosphate liposomal nanomedicines for cascaded chemo-radiotherapy Biomater. Sci., 2019, 7, 1335-1344 DOI: 10.1039/C9BM00051H The authors present a synergistic method to deliver chemo radiotherapy (RT) demonstrated in mice models in vivo. Presently, radiotherapy is limited by radioresistance, caused by endogenous factors, and irradiation resistance, in particular hypoxia, caused by the tumor microenvironments. To overcome these issues the authors used a nanomedicine based delivery system to deliver a radiotherapy sensitiser, vorinostat, hypoxia-activated prodrug and banozantrone dihydrochloride (AQ4N) to the target site before the radiotherapy was carried out. They demonstrated that this method, combined with radiotherapy, was able to kill normoxic tumor cells by direct radiation and further enhanced therapeutic efficacy by reducing radioresistance. They were able to utilise the hypoxia to activate the prodrug at the target site. 作者提出了一种进行化学放射治疗的协同方法,并在小鼠模型体内实验中进行了验证。目前,放射治疗受限于由内源因素引起的放射抗性以及由肿瘤微环境造成辐射抗性,特别是缺氧。为了克服这些问题,作者使用基于纳米医学的递送系统在进行放射治疗之前将放疗增敏剂伏立诺他、缺氧激活前药和班诺沙酮二盐酸盐(AQ4N)递送至目标部位。他们证明这种方法与放疗相结合,能够通过直接辐射杀死含氧量正常的肿瘤细胞,并通过减少放射抗性进一步提高治疗效果。他们能够利用缺氧激活位于目标部位的前药。 限时免费阅读原文,登录后可下载 扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文

来源: X-MOL 2019-04-25

帝国理工Edel组Nat. Commun.:细数生物液体中的小分子——纳米孔光-电平台用于精确识别单个小分子标志物

从生物液体中精确定量稀有的特定生物标志物对发展早期疾病诊断工具来说是一大挑战。传统的方法如酶联免疫吸附分析(ELISA)、胶电泳以及定量PCR,虽然具有很高的灵敏度,然而其测量结果通常是平均化大量目标分子的结果,并不能反映单一分子的行为。纳米孔作为一种新的单分子测量工具正受到科学界越来越多的关注。单个分子(如DNA、蛋白质)在其之间的传输通常会反映为穿孔电流的脉冲信号。此信号的形状,大小可用于表征该特定的穿孔分子的性质(包括尺寸、带电性质等)。然而该方法对形状、性质、大小相似的分子缺乏选择性。虽然之前的工作报道过利用修饰的DNA载体特异性识别目标分子,从而从传输实验的脉冲电流二级峰来分辨分子的作用,但这种方法需要目标分子足够大才能够在载体DNA的基础上获得二级电流信号。其次,这种方法非常容易受到DNA的构象变化干扰(比如DNA折叠或者打结),从而影响其检测准确度。此外,虽然单分子荧光显微技术(如共聚焦荧光显微镜或全内反射荧光显微镜)作为传统的单分子检测手段已广泛应用,然而由于实际生物样品中存在强烈的自发荧光背景,使单个分子的荧光信号很难识别出来,极大地限制了其在生物临床样品中的应用。 为了拓展单分子技术的应用,帝国理工学院的Joshua B. Edel教授(点击查看介绍)团队于近期开发了一种新型的基于纳米孔的单分子计数光-电平台。同时结合DNA分子信标(MB)嵌入的DNA载体,将该系统用于逐个筛查实际生物样品(如人血清或者尿液)中单个小分子标志物(如低聚核苷酸oligonucleotides或者小蛋白)及其定量结合分析。当嵌有分子信标的DNA载体穿过纳米孔时,很容易观察到DNA的穿孔电流脉冲。溶液中存在的目标物寡聚核苷酸可将分子信标打开,此时在脉冲电流的位置可同时观测到一个光子爆发的光信号。计算总脉冲电流的光信号同步率即可精确定量只有十几个碱基的微小DNA。此外,该团队还用核酸适配体设计适配体信标,利用该系统检测小蛋白分子,如凝血酶。该方法可用于极其复杂的生物体系中逐一筛查单个生物小分子标志物,准确率可达99%以上,开拓了单分子技术在下一代早期临床诊断的应用。 图1. 纳米孔光-电平台的示意图及工作原理。图片来源:Nat. Commun. 该研究团队将玻璃毛细管拉出的纳米管(Nanopipette, ~20 nm)尖端与荧光共聚焦显微镜结合,构建了一个虚拟的光-电检测区域。通过YOYO-1标记的5 kbp DNA在这个区域间的电泳传输过程,他们验证了光-电信号良好的同步性质和信噪比,进一步证明了只有单一荧光团标记的DNA载体(48.5 kbp)也能高效地检测出来。在此基础上,他们应用该体系研究了带有生物素(Biotin)标记的DNA载体与单荧光团(Dylight 488)标记的链霉亲和素(Streptavidin)的相互作用,通过计数其同步光-电信号在单分子水平上识别分子的相互作用,并通过比例对其解离常数(Kd)进行估算。 图2. 单荧光团灵敏度以及结合作用的分析。图片来源:Nat. Commun. 然而在上述方式中,人们需要对分析物进行荧光标记,大大增加了样品处理过程,而且也为实际体系中的应用增加难度。该团队进一步引入分子信标(或适配体信标),并将其修饰在DNA载体上。当目标物存在时(如互补DNA或目标蛋白),分子信标打开,荧光团与淬灭基团分离,荧光被点亮,从而可以在传输实验中观察到同步的光-电信号,可用于对非标记目标物的单分子分析。他们证明了该方法对单个碱基错配或者在1,000倍以上的蛋白背景中具有非常好的选择性。 图3. 结合分子信标载体对小核酸链及蛋白进行非标记分析。图片来源:Nat. Commun. 研究团队进而测试了该体系在实际的生物液体中对单个目标物分子的响应及定量。他们发现单纯使用单分子荧光显微镜技术检测时,在生物液体中(人血清或尿液)的背景信号大大的高于在缓冲液中,为实际体系的检测带来极大的挑战。然而在该光-电平台下,背景光信号几乎保持与缓冲液中一样,具有相当高的信噪比。他们还证明该体系可以直接识别血清或者尿液中的目标分子,且不受大量的背景分子干扰,具有相当高的选择性。 图4. 对实际生物液体中的背景抑制以及对目标物的选择性识别。图片来源:Nat. Commun. 相关成果于近期发表在Nature Communications 上,文章的第一作者为帝国理工的在读博士生蔡盛林及已毕业的博士Jasmine Sze。 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): Small molecule electro-optical binding assay using nanopores Shenglin Cai, Jasmine Y.Y. Sze, Aleksandar P. Ivanov, Joshua B. Edel Nat. Commun., 2019, DOI: 10.1038/s41467-019-09476-4 导师介绍 Joshua B. Edel https://www.x-mol.com/university/faculty/2481 课题组链接 https://www.imperial.ac.uk/edel-group

来源: X-MOL 2019-04-25

Angew. Chem.:钯(II)/手性螺环磷酸(SPA)催化的轴手性联芳基化合物的立体选择性构筑

轴手性联芳基化合物广泛存在于天然产物以及药物分子中,并且作为优势骨架,广泛应用于不对称催化,例如我们所熟知的BINOL、BINAP、QUINAP等手性配体,均具有联芳基轴手性。近年来,虽然轴手性的合成获得了长足的发展,但如何高效、高立体专一性的构建该类手性骨架,仍然是不对称催化领域的重大挑战之一。利用过渡金属催化的不对称碳氢键活化,高原子经济性的实现其手性构建,无疑是一类理想的方法。 近年来,浙江大学化学系的史炳锋教授课题组利用“瞬态手性辅基”策略,高产率和高对映选择性地实现了钯(II)催化不对称碳氢键活化构建轴手性联芳醛类化合物(Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 6617-6621; Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, 3661-3665; Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, 17151-17155; ACS Catal., 2019, 9, 1956-1961),并将其应用于天然产物和手性配体的高效合成。为进一步实现应用范围更为广泛,尤其是含有配位杂原子的联芳轴手性化合物的不对称合成,该课题组致力于发展新的手性催化体系,解决这一挑战。 近日,该课题组和重庆大学的蓝宇教授、浙江大学的林旭锋教授团队合作,首次实现了以手性螺环磷酸(SPA)为配体,钯(II)催化不对称碳氢键烯基化合成含有喹啉结构的轴手性化合物。值得一提的是,由于氮原子的孤电子对具有更小的阻旋作用,因此,相比于联萘轴手性化合物,喹啉衍生的轴手性衍生物具有更低的反转能垒,其合成更具挑战性。在该反应体系中,具有较大位阻的手性螺环磷酸(R)-STRIP表现出最优的催化活性,给出高达99%的产率和98%的对映选择性,机理研究也表明,(R)-STRIP能够显著加速反应。 螺二氢茚手性螺环骨架是南开大学周其林院士团队开创性发展的一类新颖的配体骨架,由此衍生的一系列手性配体,已经广泛应用于金属催化和有机小分子催化等领域,成为应用广泛的优势配体骨架(谢建华,周其林,神奇的手性螺环配体,化学学报,2014, 72, 778-797)。这也是该类新颖的配体骨架衍生的手性磷酸,首次应用于不对称碳氢键活化构建轴手性,考虑到该类配体骨架在诸多不对称催化反应中表现出的优异的催化活性和对映选择性,以及其易于衍生化等特点,将其引入不对称碳氢键活化领域,必将给碳氢键活化这一领域注入新的活力和广阔的契机。 相关工作发表在Angewandte Chemie International Edition 上,文章的第一作者是浙江大学化学系一年级硕士研究生罗君。 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): Enantioselective Synthesis of Biaryl Atropisomers by Pd-Catalyzed C–H Olefination using Chiral Spiro Phosphoric Acid Ligands Jun Luo, Tao Zhang, Lei Wang, Gang Liao, Qi-Jun Yao, Yong-Jie Wu, Bei-Bei Zhan, Yu Lan,* Xu-Feng Lin,* Bing-Feng Shi* Angew. Chem. Int. Ed., 2019, DOI: 10.1002/anie.201902126 导师介绍 史炳锋 https://www.x-mol.com/university/faculty/62215 林旭锋 https://www.x-mol.com/university/faculty/14468 蓝宇 https://www.x-mol.com/university/faculty/18642 (本稿件来自Wiley)

来源: X-MOL 2019-04-25
漫步人生路发布于2019-04-26  0
硕士研究生。。。。
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近红外光驱动集成微纳马达的可控运动

近日,中国科学院深圳先进技术研究院的杜学敏副研究员(点击查看介绍)团队首次通过胶体晶体刻蚀技术实现了具有中空金微锥形貌的微纳马达的集成构建,并利用近红外光实现了集成微纳马达的多种可控运动。该项研究成果以“Near-Infrared Light-Driven Controllable Motions of Gold-Hollow-Microcone Array”为题发表在材料领域期刊ACS Applied Materials & Interfaces上。 微纳马达是可以将其他形式的能量(光、电、磁、热、化学能等)转化为自身动能的微纳粒子或器件。目前研究主要集中在单分散的个体微纳马达,它们能适应不同的驱动方式并展现较好的运动性能。受自然界中生物马达通过集群效应以实现物体输运行为的启发,在充分结合微纳马达将外场能量转化为自身动能特性的基础上,将单分散个体微纳马达组装成阵列结构实现其运动,并将这种阵列结构作为驱动部件用于驱动物体运动,对拓展微纳马达在仿生设备、软体机器人等领域的应用具有重要意义。 为此,杜学敏研究团队独具匠心地利用胶体晶体刻蚀技术构建了具有中空金微锥形貌的集成微纳马达,并利用近红外光诱导的等离子体热和对流效应实现了集成微纳马达在液体中的运动(图1)。此外,通过调整中空金微锥阵列的宏观尺寸、形状以及近红外光的照射位置,他们可以实现弯曲、凸起等多种可控变形行为。杜学敏研究团队进一步基于前期在软体执行器方面的丰富研究经验(Adv. Mater., 2017, 29, 1702231; Adv. Mater. Technol., 2017, 2, 1700120; Adv. Funct. Mater., 2018, 28, 1801027; Chem. Asian J., 2019, DOI: 10.1002/asia.201900292; Research, 2019, vol. 2019, 6398296),成功设计并实现了集成微纳马达的仿水母浮起运动。在近红外照射下,集成微纳马达甚至可以作为强力驱动器进而驱动超过其自身重量57倍的仿生船运动(图2)。 图1. 集成微纳马达在近红外光照射下驱动船运动 图2.(A)近红外光操控集成微纳马达的仿水母浮起运动;(B)集成微纳马达浮起过程中的高度表征图(插图为不通过浮起高度下的形貌);(C)集成微纳马达置于仿生船尾部,在近红外光照射下驱动船在液体表面运动。 相关研究不仅为微纳马达直接集成为宏观器件提供了一种新颖简单的方法,而且在远程控制智能设备和软机器人等领域具有广阔的前景。该研究工作得到科技部重点研发专项(2017YFA0701303)、中科院青促会、粤港科技合作资助计划(2017A050506040)等项目的资助。 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): Near-Infrared Light-Driven Controllable Motions of Gold-Hollow-Microcone Array Hongxu Chen, Qilong Zhao, Yunlong Wang, Shilin Mu, Huanqing Cui, Juan Wang, Tengfei Kong and Xuemin Du ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019, DOI: DOI: 10.1021/acsami.9b03576 导师介绍 杜学敏 https://www.x-mol.com/university/faculty/44749

来源: X-MOL 2019-04-25

人工智能和计算机辅助药物设计发现嗅觉受体新型药物分子

G蛋白偶联受体蛋白(GPCRs)又称七次跨膜螺旋膜蛋白。GPCRs参与着人体的各种生理功能,包括神经信号传递、细胞分化、视觉、嗅觉等。人类的重大疾病如老年痴呆症、癌症、艾滋病也与GPCRs密切相关。GPCRs是最为热门的药物设计和筛选靶标蛋白,目前40%左右的上市药物都是基于GPCRs而设计。因此研究和理解GPCRs的结构与功能,对当今药物设计至关重要。 每个蛋白质的特有生理功能与活性,是由它特定的三维结构决定的。因此从蛋白三维结构来理解GPCRs的功能是当今药物设计中必不可少的一个环节。随着结构生物学技术突飞猛进的发展,截止到2019年4月底,已经了62个不同种类的GPCRs结构被解析出来。这其中涵盖了GPCRs 的A、B、C和F亚家族。然而,嗅觉受体蛋白占据着人源GPCR家族的30%以上,但其结构和功能至今还未很好地被人们所熟知。至今为止,还没有任何的嗅觉受体蛋白的结构被人们解析出来。人工智能和计算生物学在此情况下为人们理解嗅觉受体蛋白结构及其药物分子的功能提供了有力的工具。 在本文介绍的工作中,作者首先通过计算机模拟的方法构建出嗅觉受体蛋白Olf73的三维结构模型(同源性与晶体结构只有18%)。然后通过分子动力学的方法优化初始模型的三维构象。在通过人工智能和计算机虚拟高通量筛选药物分子的方法预测158万个化合物库中有25个新型分子可能是有活性的。最后生化实验证实,所预测的化合物中17个确实是有活性,命中率高达68%(图1)。 图1. 人工智能和计算机虚拟高通量筛选药物分子 除此之外,作者还发现嗅觉受体蛋白的药物分子的分子量比其他GPCR家族要小很多,并且活性要小不少。通过人工智能分析药物分子与靶标蛋白的相互作用指纹图谱发现,嗅觉受体蛋白的药物分子主要以疏水作用为主,而其他GPCR的活性分子则以氢键和盐桥作用为主。功过系统分析GPCR的药物分子结合位点的大小,作者进一步发现嗅觉受体蛋白的位点比其他GPCR明显要小很多。结合位点区域的电荷也比其他GPCR要少很多(图2)。这些因素综合导致了嗅觉受体蛋白的活性分子整体活性比其他GPCR要小不少。 图2. 嗅觉受体蛋白与其他GPCR的性质比对 本工作为基于嗅觉受体蛋白的药物发现与设计提供了有力的理论基础和依据。相关论文于2019年4月24日在线发表于Nature 子刊Communications Biology 上。第一作者为袁曙光,通讯作者为袁曙光和Horst Vogel。第一单位为中国科学院深圳先进技术研究院。 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): Computational modeling of the olfactory receptor Olfr73 suggests a molecular basis for low potency of olfactory receptor-activating compounds Shuguang Yuan, Thamani Dahoun, Marc Brugarolas, Horst Pick, Slawomir Filipek, Horst Vogel Commun. Biol., 2019, DOI: 10.1038/s42003-019-0384-8 作者简介 袁曙光,2009年获得中科院上海有机化学研究所硕士学位。2009年10月获得欧盟玛丽居里全额奖学金资助,先后在比利时鲁汶大学(KULeuven)、波兰科学院、洛桑瑞士联邦理工学院(EPFL)完成博士学位。2013年6月获得最佳博士论文奖。近年来,袁曙光博士一直致力于GPCRs计算机模拟研究。通过全原子长时间尺度的分子动力学模拟(all-atom long time scale molecular dynamics simulation),揭示GPCRs的激活机制和小分子的特异性原理。2013年,作者首次发现了钠离子在鸦片受体(mu opioid receptor)的激活过程中的机理 (Angew. Chem. Int. Ed., 2013, DOI: 10.1002/anie.201302244)。2014年,作者通过对Rhodopsin、A2AR和β2AR三个GPCRs受体的系统研究, 首次发现了GPCRs被激活的时候,在GPCRs内部能够形成连续的水分子通路(Nature Communications, 2014, DOI: 10.1038/ncomms5733)。同年作者又揭示了GPCRs 形成水分子通路的开关(Angew. Chem. Int. Ed, 2013, DOI: 10.1002/anie.201409679)。2015年,作者发现了鸦片受体的小分子特异性原理,系统阐述了为什么两个结构上非常相似的小分子其中一个是激动剂,而另外一个则是拮抗剂(Angew. Chem. Int. Ed, 2015, DOI: 10.1002/anie.201501742)。该工作并被主编选定为热门文章。2016年,作者揭示了5-HT1A受体的立体选择性原理 (Angew. Chem. Int. Ed., 2016, DOI:10.1002/anie.201603766)。同年,作者还发现了P2Y1受体两种不同的拮抗剂抑制机制(Angew. Chem. Int. Ed., 2016, DOI: 10.1002/anie.201605147) 。2018年,作者通过分子动力学的方法,发现了GPCR药物分子的新的结合位点 (Chemical Science, 2018, DOI: 10.1039/C8SC01680A)。2018年,袁博士被波兰华沙大学授予"特任教授"称号。2019年,袁博士被中国科学院深圳先进技术研究院聘为正研究员。同时他也是先进院“计算机辅助药物设计研究中心”的主任。 https://www.x-mol.com/university/faculty/45898

来源: X-MOL 2019-04-25

相同材料之间的接触也会起静电!为什么?

注:文末有研究团队简介及本文科研思路分析 我们现实生活中熟知的两种不同材料接触分离后,各自会带上等量相反电荷,即发生了接触起电,例如玻璃棒摩擦毛皮、PTFE和金属等。这些不同材料之间的接触起电是由于功函或接触势的不同而导致,并且可以用表面态模型或电子云势阱模型来解释(Adv. Mater., 2018, 30, 1706790; Adv. Mater., 2018, 30, 1803968)。然而极不寻常的是,接触起电还可以发生在化学成分完全相同的材料之间,而它们被认为具有相同的接触电势,这种相同材料间的接触起电目前仍没有物理机制上的合理解释。 接触起电实际是一个非常复杂的过程,因为接触物之间可能存在多种不同的相对运动。我们把这些运动简化为两种:相对滑动和垂直的接触-分离。毫无疑问,滑动更容易导致材料尤其是表面的损伤,产生物质或离子转移,影响真实的电荷转移方向。但是,如果采用施加较小作用力的接触-分离模式,则可以在一定程度上避免损伤。近年来发明的摩擦纳米发电机(Triboelectric nanogenerator,TENG) 除了可用于环境中多种形式能源的获取外,还可用于精确、实时的表面电荷密度研究。特别是TENG有着多种工作模式(包括接触-分离),并且可以精确控制作用力大小,为研究相同材料间的起电机制提供了一种新的思路。 近日,佐治亚理工学院教授、中科院北京纳米能源与系统研究所的王中林院士(点击查看介绍)团队制备了具有不同形状或曲率表面的同种材料TENG,通过研究这些TENG在接触-分离工作模式下的电荷转移情况,揭示了同种材料间接触起电的物理规律。研究发现,材料的凸表面或正曲率更容易得到负电荷,而凹表面或负曲率则更容易获得正电荷。此外,对于两种曲面接触,增大施加的作用力容易导致电荷转移方向的反向。上述规律在低真空和高温下得到了进一步验证。基于以上结果,他们提出了一种曲率效应导致材料表面态改变的同种材料间接触起电的电荷转移模型(图1)。该模型不但可以解释大块曲率不同的材料表面起电现象,而且也可以解释微观局部曲率不同而产生的正负电荷偏析分布的Mosaic图形。该研究在理解接触起电本质的道路上迈出了新的一步,同时也为后续发展不同材料和同种材料间的起电机制的统一理论提供了可能性。 图1. 相同材料间的接触起电机制。(a)具有理想平面的同种材料A和B的表面态模型;(b-d)不同表面曲率的同种材料A和B在接触前、接触时和分开后的电荷转移表面态模型。LUMO,未占有电子的能级最低的轨道;En,表面态的中间能级;HOMO,占有电子的能级最高的轨道。 这一成果近期发表在ACS Nano 上,文章的共同第一作者为许程教授、博士研究生张彬彬和王琦。 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): Contact-Electrification between Two Identical Materials: Curvature Effect Cheng Xu, Binbin Zhang, Aurelia Chi Wang, Haiyang Zou, Guanlin Liu, Wenbo Ding, Changsheng Wu, Ming Ma, Peizhong Feng, Zhiqun Lin, Zhong Lin Wang ACS Nano, 2019, 13, 2034, DOI: 10.1021/acsnano.8b08533 王中林院士简介 王中林,中国科学院外籍院士和欧洲科学院院士,佐治亚理工学院终身校董,佐治亚理工学院终身校董事讲席教授,Hightower终身讲席教授,工学院杰出讲席教授和纳米结构表征中心主任,首位中组部“千人计划”顶尖千人与团队入选者,教育部长江学者讲座教授,中国科学院北京纳米能源与系统研究所首席科学家和首任所长。王中林院士的开创性工作荣获了多项国际荣誉:美国显微镜学会1999年巴顿奖章、2009年美国陶瓷学会Purdy奖、2011年美国材料学会奖章(MRS Medal)、2012年美国陶瓷学会Edward OrtonMemorial奖、2013 ACS Nano讲座奖、2014年美国物理学会James C. McGroddy新材料奖、2013中华人民共和国国际科学技术合作奖、2014年佐治亚理工学院杰出教授终身成就奖、2014年NANOSMAT奖、2014年材料领域世界技术奖。王院士是美国物理学会fellow、美国科学发展协会(AAAS) fellow、美国材料学会fellow、美国显微学会fellow、美国陶瓷学会fellow、英国皇家化学学会fellow。2015年9月24日,汤森路透集团(THOMSONREUTERS)发布了2015年度引文桂冠奖(CitationLaureates)获奖名单(诺贝尔奖风向标),中国科学院北京纳米能源与系统研究所首席科学家、佐治亚理工学院终身校董事讲席教授王中林院士成为物理学领域获奖人之一,也是该奖项唯一的华人获奖者。今年8月23日至25日在瑞典斯德哥尔摩举行的欧洲先进材料大会上,王中林院士又以在先进材料科学和技术领域所做出杰出的贡献,而荣获2016年度先进材料奖。2018年,王中林院士荣获世界能源领域“诺贝尔奖”——埃尼奖(Eni Award)。 王中林院士是国际公认的纳米科技领域领军人物,在一维氧化物纳米结构制备、表征及其在能源技术、电子技术、光电子技术以及生物技术等应用方面均作出了原创性重大贡献。他发明了纳米发电机,并提出了自充电纳米结构系统,为微纳电子系统的发展开辟了新途径;开创了纳米结构压电电子学和压电光电子学研究的先河,对纳米机器人、人-电界面、纳米传感器、医学诊断及光伏技术的发展具有里程碑意义;已在国际一流刊物上发表超过1400篇期刊论文(其中,《科学》《自然》及其子刊40余篇),拥有200项专利、7本专著和20余本编辑书籍和会议文集。他的学术论文已被引用85,000次以上,论文被引用的H因子(h-index)是160;Nano Energy的发刊主编和现任主编。 王中林 https://www.x-mol.com/university/faculty/26757 研究组主页 http://www.binn.cas.cn/ktz/wzlyjz/yjzjjwzl/ 王中林院士个人成果网址 http://www.nanoscience.gatech.edu/group/Current%20Members/Group%20Leader/Zhong%20Lin%20Wang.php 科研思路分析 Q:这项研究最初是什么目的?或者说想法是怎么产生的? A:近年来我们团队在研究接触起电深层机制方面花费了很多精力,也取得了不少优秀的成果,但是这些成果都是基于不同材料间的接触起电研究。有一段时间,我们忽然发现,同种材料间的接触起电也是很常见的现象,但是却被很多人忽视了。因此,这项研究最初就是想探讨下同种材料间的起电特性以及揭示其中尚未明确的机制。 Q:研究过程中遇到哪些挑战? A:由于同种材料间的起电量非常小,外界的很多小因素产生的电量都可能将之掩盖,从而得到错误的信号与结果。这对无论是制作器件还是测试平台优化方面都提出了非常高的要求。项目中为了保证结果的可重复性,我们做了数百个器件对测试平台进行十多次优化才获得最终认为可信的结果,并且这些结果在我们后续的研究中仍在进一步改进与丰富。 Q:该研究成果可能有哪些重要的应用?哪些领域的企业或研究机构可能从该成果中获得帮助? A:该成果不但证实了同种材料之间可以起电,同时也揭示了其中有趣的规律。在该理论指导下,我们认为将来有可能发展出高效的同种材料TENG,相比于已经获得大量应用的异种材料TENG,或许又会发现一些新奇的特性与新应用。此外,同种材料之间起电的机制也能够使人们更好地避免起电,可以让一些相关需要防止静电产生的企业从中获益。

来源: X-MOL 2019-04-25

苏州大学千人计划廖良生教授课题组博士后研究人员招聘

苏州大学功能纳米与软物质研究院廖良生教授长期从事有机光电材料和技术研究,针对有机发光二极管(OLED)照明和显示产业链,开展了从材料设计合成、发光器件制备、到装备自主设计制造的系统性、创新性工作。自主材料已获商用;发明的叠层OLED已广泛应用于全球OLED电视屏和照明产品;设计制造的OLED首条照明生产线,已填补国内OLED自主装备空白,改变了OLED装备线全部从国外购置的状况。在创建的产业化基地上形成了OLED照明自主产业链。 廖良生教授同时是中组部“千人计划”专家,为老牌物理期刊《Applied Physics Letters》副主编,863首席科学家,国家重点研发计划首席科学家,连续四年入选Elsevier中国高被引名单。其为人正派,治学严谨,工作兢兢业业,对学生与博士后非常关心,课题组内气氛积极上进。 目前课题组已经建立了完整的从材料设计合成、发光器件制备、到装备自主设计制造的研究体系。现因发展需要,面向海内外公开招聘博士后科研人员。 博士后岗位要求 已具有化学或材料等专业博士学位或者在近期内能顺利完成博士论文答辩;具有丰富的有机化学合成或者光电功能材料合成经验者优先。需具有较好的中英文写作能力;具有科研创新能力和团队协作精神。发表第一作者SCI文章2篇及以上,特别优秀者可以适当放宽。 相关待遇 1、按苏州大学相关规定执行,实行合同聘用制,根据个人情况,年薪20-30万; 2、根据科研业绩,团队给予相应奖励; 3、可作为负责人申请博士后科学基金、国家自然科学基金及省、市各级课题; 4、按照规定享受江苏省的博士后等各种补贴和政策。 应聘方式 1、申请者可通过电子邮件方式,提交一份个人简历,随信附上代表性论文,并注明可到岗时间。 2、背景符合的申请者,一周内会收到邮件回复或电话面试。 联系人蒋老师:zqjiang@suda.edu.cn(并抄送给廖老师 lsliao@suda.edu.cn)

来源: X-MOL 2019-04-25

余金权组Nat. Chem.:逆转C-H键活化中的常规位点选择性

试想一下,如果实验室中的有机合成能像画图软件中一样,可以任意对分子进行编辑,想怎么修饰就怎么修饰,想在哪儿形成立体中心就在哪儿形成立体中心,那将会怎样?笔者也只敢白日梦时想一想,那或许是不少合成化学工作者的终极理想。 从导向基辅助的C-H键活化、无导向基参与的C-H键活化、区域选择性的C(sp2)-H键活化的成熟发展,到在全合成和动力学拆分中的应用,C-H键活化在某种意义上应该算是一种“分子编辑”工具了。尽管C(sp3)-H键活化通过钯杂五元环中间体实现β位区域选择性已经取得了长足的进展,但这种策略无法实现更远程的C-H键活化(如γ位),因为钯杂六元环中间体在热力学和动力学上都是相对不利的。 图1. 传统的钯杂五元环中间体。图片来源:Nat. Chem. 然而,科学令人陶醉的地方就在于不断的突破桎梏。美国斯克里普斯研究所(The Scripps Research Institute,TSRI)曾获得“麦克阿瑟天才奖”的余金权(点击查看介绍)教授(有机大牛余金权荣获2016年麦克阿瑟“天才奖”)课题组近日又打破传统思维,使用精心设计的丙酮酸衍生的导向基和2-吡啶酮配体,通过六元环钯化首次实现了脂肪醇的选择性γ位C(sp3)-H键活化。相关工作发表在Nature Chemistry 上,第一作者为Guoqin Xia博士。 图2. 基于丙酮酸导向基和2-吡啶酮配体的脂肪醇选择性γ位的C-H键活化。图片来源:Yu Lab / TSRI 那么,这次余金权课题组的灵感又是从何而来呢?我们都知道,在小的环中引入多个sp2杂化中心可提高环张力,因此作者想到如果能在导向基中引入多个双键,就可能在导向基参与形成的双环钯环中引入多个双键,使得5,5-稠合双环的张力大于5,6-稠合双环,从而有利于六元环钯化,并通过钯杂六元环中间体实现选择性的γ位C(sp3)-H键活化。 余金权课题组。图片来源:Yu Lab / TSRI 基于以上假设,他们以脂肪醇作为底物进行研究,钯催化脂肪醇的γ-C-H键活化反应目前尚无报道,首先要解决的问题是如何实现γ位的钯金属化。作者设计了丙酮酸衍生的导向基(DG1)对特戊醇和叔丁醇进行研究,发现含有β-C-H键的叔丁醇无法形成预期的钯杂5,5-稠合双环中间体9,而含有γ-C-H键的特戊醇则以62%的收率得到钯杂5,6-稠合双环中间体7,其结构也通过X射线单晶衍射得到验证。他们经过大量的配体筛选,发现3-硝基-5-氯-2-吡啶酮(1)配体在稳定催化剂和降低C-H键断裂时过渡态的能量中起到重要作用,如果将其换成相对富电子的吡啶类配体则完全无法实现转化。动力学实验也证实,γ-C-H键活化的速率快于β-C-H键活化。 图3. 实现钯杂六元环中间体的合成。图片来源:Nat. Chem. 实验验证钯杂六元环中间体存在后,作者首先“保守”地尝试了β位有取代基的脂肪醇,利用位阻效应可避免钯杂五元环中间体生成,更有利于γ-C-H键活化。结果表明,无论β位烷基取代的伯醇还是仲醇都能很好地实现γ-芳基化;当分子特定位置存在手性时,还可能实现手性诱导(3i-3l);芳香碘化物上取代基的电性对该反应没有明显的影响,吸电子和给电子的取代基都能实现较好的转化(4i-4w)。反应后导向基DG1也可利用Pd/C氢化方便地消除。 图4. β取代脂肪醇的γ-芳基化。图片来源:Nat. Chem. 有了上面的成功,作者着眼于更有挑战性的β位无取代基的脂肪醇,反应中可能存在形成钯杂五元环中间体和钯杂六元环中间体的竞争过程。事实也是如此,所有示例中γ-芳基化和β-芳基化产物共存,尤其是导向基为DG1时选择性很差(6o, 6p)。他们通过优化导向基,最终发现2,3,5,6-四氟-4-三氟甲基苯胺衍生的导向基DG2可以很好地控制γ-芳基化,并且不需要额外添加配体。多数底物能达到大于20:1的选择性,环脂肪醇则选择性稍差,尤其是由于张力的原因,环丁醇主要得到β-芳基化的产物(6k),随着环系增大,γ选择性也随之提高(6l-6n)。导向基DG2也可用铜粉方便地消除。 图5. β位无取代基的脂肪醇的γ-芳基化。图片来源:Nat. Chem. 作者还设计了氘代实验更进一步理解γ-选择性的来源,产物中没有氘原子引入,说明芳基化过程远快于C-H键活化。动力学同位素效应(KIE)实验表明,不论是β-C-H键芳基化,还是γ-C-H键芳基化,C-H键断裂均是决速步骤(KIEγ = 4.4,KIEβ = 2.7),其中γ-C-H键芳基化的起始速率比β-C-H键芳基化快(kγ/kβ = 4.1)。这些结果说明,位点选择性来源于C-H键断裂步骤。 总结 打破了形成钯杂五元环中间体的传统思维,余金权教授课题组的这项研究可谓“意料之外情理之中”。其关键之处在于,通过导向基设计在反应中形成的钯杂双环中间体引入多个双键结构,导致5,6-稠合双环比5,5-稠合双环张力更小,更有利于形成钯杂六元环。该反应具有良好的底物适用性和官能团兼容性,导向基的引入和消除都简单方便,在合成制备及药物研发中具有重要的应用价值。 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): Reversing conventional site-selectivity in C(sp3)–H bond activation Guoqin Xia, Jiang Weng, Luoyan Liu, Pritha Verma, Ziqi Li, Jin-Quan Yu Nat. Chem., 2019, DOI: 10.1038/s41557-019-0245-6 导师介绍 余金权 https://www.x-mol.com/university/faculty/694

来源: X-MOL 2019-04-24
一过小白吃发布于2019-04-25  2
真的是太牛了
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β-炔酮参与的双金属催化串联反应构建手性6,6-螺缩酮化合物

β-炔酮类化合物在金属催化下能生成多种活性中间体,因而广泛应用于多样性地构建含氧杂环化合物(Chem, 2018, 4, 1208)。其中,在过渡金属(例如银、铂、铜等)催化下,β-炔酮可以通过环异构化产生具有高反应活性的氧鎓离子Int-A(Chem. Lett., 2006, 35, 1082),并可参与到不对称催化的环化反应、亲核加成反应和氢化反应中(Angew. Chem. Int. Ed., 2014, 53, 4038)。然而,由于与氧鎓离子相连的C(sp3)-H键反应活性低,其不对称官能化反应仍未实现。最近,屠树江课题组利用银盐作为催化剂实现了β-炔酮的环异构化,生成双烯烃中间体Int-B(Adv. Synth. Catal., 2018, 360, 1182; Org. Lett., 2017, 19, 754; Org. Lett., 2017, 19, 3831; Chem. Commun., 2017, 53, 10692; Chem. Commun., 2017, 53, 6397; Adv. Synth. Catal., 2017, 359, 3186),与醌类底物或自由基发生反应,从而实现了惰性C(sp3)-H键的官能化反应。该策略的发现极大地拓展了β-炔酮在杂环化合物合成中的应用,然而关于该双烯烃中间体的不对称催化反应尚无报道。此外,手性的螺缩酮是许多天然产物和药物分子的关键骨架(例如:Chaetoquadrins A、Virgatolide B),且在不对称金属催化的有机反应中广泛应用(例如SKP手性配体)。四川大学的冯小明教授(点击查看介绍)课题组在双金属接力催化策略的基础上(Adv. Synth. Catal., 2018, 360, 1; Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 885; Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 6075)实现了双金属协同催化的β-炔酮不对称串联反应;即在非手性的AuIII的催化作用下β-炔酮发生环异构环生成活性烯烃类中间体Int-C,随后在MgII/手性氮氧配体的催化下与不饱和烯烃发生[4+2]环化反应,合成了一系列手性的螺缩酮化合物。 当以β-炔酮2p与β,γ-不饱和-α-酮酸酯1a为模板底物时,作者经过一系列的条件优化,最优条件确定为:AuCl3 (2.5 mol%),Mg(OTf)2 (2.5 mol%)和L-雷米普利衍生的手性双氮氧配体L-RaPr3 (5 mol%)作为催化剂,5 Å分子筛作为添加剂,二氯甲烷作为溶剂在40 ℃下反应2天,以91%的收率、> 19:1的非对映选择性、93%的对映选择性得到螺缩酮产物3a。值得一提的是,降低氮氧配体的用量(2.5 mol%)或者不使用分子筛时,该反应的活性和对映选择性均有所减低。 结合筛选的最优条件,作者对底物的普适性进行考察。大部分的β,γ-不饱和-α-酮酸酯和β-炔酮都能很好地在该催化体系中兼容(3a-4j);然而改变β-炔酮与羰基相连的R1基团的位阻对反应的活性和立体选择性都有较大影响(4k-4m)。另外,非芳香的β-炔酮(2n-2o)在反应中也能获得较好的对映选择性(84-90% ee),但是由于副产物较多,螺缩酮产物的收率较低。 为了拓展该策略的实用性,作者对螺缩酮产物3a进行了转化。首先,螺缩酮产物3a的酯基能被LiAlH4还原成醇类化合物5a;其次,生成的醇5a也能被氧化或者发生取代反应生成对应的醛或溴化物。在此转化过程中对映选择性能很好地保持。 最后,作者通过控制实验研究反应的机理:(a)在标准条件下,当使用β-炔酮2p为底物与β,γ-不饱和-α-酮酸脂1a反应时,能以86%的收率,88%的对映选择性获得螺缩酮2p;同时以12%的收率分离出双烯中间体8p。(b)以AuCl3作为单一催化剂时,β-炔酮2p不能转化为双烯产物8p;加入氮氧L-RaPr3后能以18%的收率获得双烯产物8p,表明氮氧L-RaPr3在β-炔酮的环异构化中起重要的作用。(c)以双烯8p和β,γ-不饱和-α-酮酸脂1a为底物在Mg(OTf)2/L-RaPr3催化条件下或者标准条件下均未获得对应的螺缩酮产物4p,表明双烯8p并不是该反应的活性中间体。 基于张俊良老师金催化的2-炔基不饱和酮的脱氢环化反应(Angew. Chem. Int. Ed., 2014, 53, 6542)及控制实验结果。作者提出了该反应可能的反应机理:首先,β-炔酮2p在AuCl3催化下发生6-endo-dig 氧杂环化生成氧鎓离子中间体Int-A;随后,氮氧L-RaPr3作为弱碱消除相连碳上的氢,生成含金的双烯中间体Int-C。一方面,手性催化剂Mg(OTf)2/L-RaPr3活化β,γ-不饱和-α-酮酸酯1a,生成的1a'与活性中间体Int-C发生[4+2]环化反应,生成中间体Int-D;最后,中间体Int-D发生质子化生成螺缩酮产物4p,同时释放出催化剂AuCl3实现催化循环。另一方面,含金的双烯中间体Int-C也可能直接质子化生成双烯产物8p。 总结 冯小明课题组利用双金属催化策略(AuIII/MgII/chiral N,N'-dioxide)实现β-炔酮的环异构化与β,γ-不饱和-α-酮酸酯的[4+2]环化串联反应,以高收率、优异的非对映选择性和较好的对映选择性获得多官能化的螺缩酮产物,同时提出了金的双烯中间体Int-C可能是该反应的活性中间体。然而,关于该反应的反应机理和应用仍在进一步的研究中。 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): Bimetallic Catalytic Asymmetric Tandem Reaction of β‐Alkynyl Ketones to Synthesize 6,6‐Spiroketals Shulin Ge, Dr. Weidi Cao, Tengfei Kang, Bowen Hu, Hang Zhang, Prof. Dr. Zhishan Su, Prof. Dr. Xiaohua Liu, Prof. Dr. Xiaoming Feng Angew. Chem. Int. Ed., 2019, DOI: 10.1002/anie.201812842 作者简介 冯小明,四川大学化学学院教授,博士生导师;2002年获国家杰出青年科学基金资助,四川省有突出贡献优秀专家称号;2004年入选四川省学术与技术带头人和获国务院政府特殊津贴;2005年入选教育部长江学者特聘教授;2007年获宝钢优秀教师奖,人事部“新世纪百千万人才工程”国家级人选;2008年获教育部“长江学者和创新团队发展计划”创新团队资助(学术带头人);2010年获国家创新研究群体资助(学术带头人);2013年当选中国科学院院士。2016年获中国化学会“手性化学奖”;2018年获中国化学会黄耀曾金属有机化学奖;2018年获第三届“未来科学大奖”物质科学奖。 冯小明课题组针对不对称合成中发展新型优势手性催化剂、新反应和新策略等核心问题进行系统深入的研究。以廉价易得的氨基酸为原料,设计合成多种新型手性配体和催化剂,获得了具有原创性和特色的优势手性催化剂,实现了一些重要不对称反应,如第一例不对称催化α-取代重氮酯与醛的反应,被国外人名反应专著冠名为Roskamp-Feng反应,为一些重要生理活性手性化合物的合成提供有效方法现;已在Acc. Chem. Res.、Chem. Rev.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Chem. Sci. 等刊物上发表论文380余篇;研究成果入选“2011年中国高等学校十大科技进展”、中科院2012《科学发展报告》和《国家自然科学基金资助项目优秀成果选编》、2012年获国家自然科学奖二等奖。 冯小明 https://www.x-mol.com/university/faculty/12766 课题组主页 http://chem.scu.edu.cn/chem-asl

来源: X-MOL 2019-04-24

Angew. Chem.:选择性氧化MOF提高丙烯/丙烷分离选择性

小分子烯烃的分离纯化极其重要。例如,丙烯(C3H6)作为化学工业中最重要的化工原料之一,其年产量超过1亿吨。大部分丙烯是从裂解气的C3馏分中回收的,其中主要副产物是丙烷(C3H8)。由于C3H6(226K)和C3H8(231K)沸点十分接近,精馏分离需要极高的塔板数和回流比下操作,能耗巨大。理论上,基于多孔材料非热驱动的吸附分离技术则能耗小得多。近年来,多孔配位聚合物(PCP)或称金属有机框架(MOF)作为易设计调控的新一代多孔材料引起了广泛的关注。目前,提高吸附分离性能的最佳策略是使用金属离子与烯烃选择性配位(热力学分离)或使用分子筛排除烷烃(动力学分离),但前者不利于脱附,后者则因极难精确控制孔径及框架柔性而难于实现。 中山大学张杰鹏教授(点击查看介绍)及其团队在这方面进行了深入研究并取得阶段性进展。例如,使用亲水超微孔首次实现从乙烯和乙烷混合物中高选择性吸附乙烷(Nat. Commun., 2015, 6, 8697)。使用基于柔性的亚甲基桥联双三氮唑配体H2btm与Zn(II)盐合成的MAF-23具有合适的孔道形状、活性位点和框架柔性,可以独特的CO2和C4烃类吸附行为(J. Am. Chem. Soc., 2012, 134, 17380; Science, 2017, 356, 1193)。他们还用H2btm与Cu(I)盐合成了柔性MAF-42,其配体中的亚甲基可在Cu(I)的催化作用下被空气氧化成极性更大及柔性较小的羰基,按需控制框架的柔性和极性,从而大幅提高气体选择性,甚至能够反转甲烷/乙烷吸附选择性(Nat.Commun., 2015, 6, 6350)。 该团队前期发现MAF-23虽然具有超常的C4烃类吸附选择性,但对C2/C3烃类的选择性则较差,表明缺乏合适的结合位点而且框架柔性过大。他们发现,在较高温度下,MAF-23中的亚甲基桥连的btm2−配体也能如MAF-42中的那样被氧气氧化。有趣的是,MAF-23中的配体氧化是选择性的,只有方向指向孔道的亚甲基会被氧化。由于引入了新的客体结合位点和框架柔性的减小,氧化生成的MAF-23-O对丙烯/丙烷的热力学和动力学吸附选择性同时增加。在实际1:1混合气体突破实验中,丙烯/丙烷的选择性从1.5提升至15,高于Co-MOF-74(6.5,基于金属离子配位)和KAUST-7(12,基于分子筛效应)。考虑到极致的热力学或动力学分离往往极难实现,今后的研究应该更关注两种分离机理的协同。 这一成果近期发表在Angew. Chem. Int. Ed.上,廖培钦副教授和张杰鹏教授是共同通讯作者,中山大学博士研究生王昱和黄宁宇是共同第一作者。 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): Selective Aerobic Oxidation of Metal-Organic Framework Boosts Thermodynamic and Kinetic Propylene/Propane Selectivity Yu Wang, Ning-Yu Huang, Xue-Wen Zhang, Hai He, Rui-Kang Huang, Zi-Ming Ye, Yang Li, Dong-Dong Zhou, Pei-Qin Liao, Xiao-Ming Chen, and Jie-Peng Zhang Angew. Chem. Int. Ed., 2019, DOI: 10.1002/anie.201902209 导师介绍 张杰鹏 https://www.x-mol.com/university/faculty/15331 (本稿件来自Wiley)

来源: X-MOL 2019-04-24

基于高密度活性中心碳基催化剂和聚合物电解质的超薄柔性锌空电池

注:文末有研究团队简介及本文科研思路分析 氧还原反应(ORR)是燃料电池和金属空气电池等能量转换系统中的基本反应。近些年发展的Fe/N/C三元材料因可以实现较高的ORR活性,作为贵金属替代催化剂在能源储存及转化领域具有巨大的应用潜力,但其实际应用受制于较低的活性位点密度。FeN4-C结构是目前公认的高活性中心,且研究表明,此结构可能位于碳材料的微孔狭缝(宽度≤2 nm)中。因此,增大碳载体中的微孔体积有望增加Fe/N/C催化剂的活性位点密度,但目前仍缺乏在Fe/N/C催化剂合成中快速有效地控制微孔体积的方法。 在前期研究工作中,武汉大学的陈胜利教授(点击查看介绍)课题组发展了以NaCl微晶的聚集结构作为模板方便合成大孔和中孔Fe/N/C材料的方法(ACS Catal., 2017, 7, 6144)。在此方法基础上,该团队研究人员引入具有低熔/沸点的ZnCl2,在热解过程中通过毛细效应使熔融的ZnCl2吸入前体中,其在较高温度下沸腾升华,从而产生丰富的微孔和狭缝。这些微孔和狭缝为FeN4-C催化位点的形成提供场所,最终获得具有导电性好、气体传输通道较为畅通和活性中心密度高且充分暴露的三维多级孔结构Fe/N/C催化剂。 同时,该团队研究人员借鉴聚合物膜燃料电池膜电极制作中的CCM技术,将FeNC-1催化剂和锌粉负载在阴离子聚合物膜的两面,组装成超薄柔性固态锌空电池。基于CCM的设计可有效改善活性层与电解质隔膜的兼容性,降低体系接触阻抗,结合高活性中心密度的阴极催化剂使电池表现出优异的电化学性能。在电流密度为300 mA/cm3,电池最高体积功率密度达250 mW/cm3,体积容量高达150.4 mAh/cm3。同时,这种超薄柔性锌空电池具有出色的机械性能和可弯曲性能,在不同角度下弯曲多次,电池容量几乎不发生衰减。 这一成果近期发表在Advanced Energy Materials 上,文章的第一作者是武汉大学的博士研究生王往和硕士研究生唐美华。 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): Alkaline Polymer Membrane‐Based Ultrathin, Flexible, and High‐Performance Solid‐State Zn‐Air Battery Wang Wang, Meihua Tang, Zhenying Zheng and Shengli Chen Adv. Energy Mater., 2019, 9, 1803628, DOI: 10.1002/aenm.201803628 导师介绍 陈胜利教授,1996年在武汉大学化学系获得博士学位,分别在Southern Methodist University 和Imperial College London从事博士后研究;2004年4月起为武汉大学化学与分子科学学院教授,现为武汉大学珞珈学者特聘教授;主要研究方向为电催化、电极过程动力学、理论与计算电化学;兼任ACS Catalysis、《电化学》期刊编委;获中国电化学青年奖;近年来在包括Adv. Energy Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.、J. Am. Chem. Soc.、Chem. Soc. Rev.、ACS Nano、ACS Catalysis等期刊发表论文70余篇;承担国家自然科学基金委重点项目、面上项目、科技部纳米重大研究计划项目子课题等。 https://www.x-mol.com/university/faculty/13573 科研思路分析 Q:这项研究有哪些创新点? A:该研究中的创新点主要有两个:一是通过联用易去除的氯化锌和氯化钠微晶模板,对Fe/N/C氧还原催化剂的孔结构进行调控,制备出具有丰富微孔和高密度FeN4-C催化位点的三维多级孔结构Fe/N/C氧还原催化剂;二是将膜电极制备中的CCM技术应用于锌空电池制备。CCM的设计思想不仅使制备出的固态锌空电池具有超薄(~0.2 mm)、柔性的特点,同时降低了体系接触阻抗,使电池表现出优异的电化学性能。 Q:该研究成果可能有哪些重要的应用? A:该研究成果对碳基非贵金属催化剂的合成和应用具有推动作用。基于CCM结构的电池具有超薄、柔性和高效等优点,且成本低廉,有望在可穿戴电子设备领域得到应用。

来源: X-MOL 2019-04-24

直接三线态吸收实现可见光激发的高效有机长余辉发光

有机长余辉(OURTP)材料作为有机室温磷光材料的典型代表,其发光寿命超过100 ms,有望革新纯有机材料在信息存储、防伪加密以及生物成像等领域的应用。受自旋耦合弱和跃迁禁阻等因素影响,有机长余辉材料通常需要紫外光激发,并且发光强度和量子效率普遍较低。 近日,南京邮电大学黄维院士(点击查看介绍)团队的陈润锋教授(点击查看介绍)课题组巧妙利用重原子和杂原子协同作用,极大增强了自旋-轨道耦合,使得有机分子可以通过直接三线态吸收从基态激发到三线态。此外,在晶体状态下利用分子间重原子效应进一步增强材料三线态吸收,从而大大增强了有机长余辉发光效率并且降低了激发光能量,首次阐述了直接三线态吸收在增强有机长余辉发光、实现可见光激发有机长余辉分子设计中的巨大作用。和传统涉及系间窜跃(S1-Tn)过程的有机长余辉材料相比,通过直接三线态吸收制备的有机长余辉材料不仅使激发波长红移至可见光区域,而且可以通过简化能量转移过程增强长余辉发光,提高长余辉量子效率。该体系材料在可见光激发下的余辉量子效率达到9.5%,是目前可见光激发有机长余辉效率最高值。该研究成果为设计高效有机长余辉材料提供了新的思路,其发现更是打破了三线态激子形成必须经过系间窜跃过程的传统观点,将进一步促进室温磷光材料的开发与应用。 这一研究工作近期发表在国际化学领域学术期刊Chem. Sci.上,这是黄维院士和陈润锋教授领导的课题组在化学与材料领域国际顶级期刊——Nat. Mater. (DOI: 10.1038/NMAT4259)、Adv. Mater. (DOI: 10.1002/adma.201602604; 10.1002/adma.201803856)、Mater. Horiz. (DOI: 10.1039/C9MH00220K)发表工作之后,取得的又一科学研究成果。该工作主要由博士研究生袁杰完成,并同时得到了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金与江苏省研究生创新项目的支持。 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): Direct Populating Triplet Excited States through Singlet-Triplet Transition for Visible-Light Excitable Organic Afterglow Jie Yuan, Runfeng Chen*, Xingxing Tang, Ye Tao, Shen Xu, Lu Jin, Cailin Chen, Xinhui Zhou, Chao Zheng, Wei Huang* Chem. Sci., 2019, DOI: 10.1039/C8SC05198D 导师介绍 黄维 https://www.x-mol.com/university/faculty/35089 陈润锋 https://www.x-mol.com/university/faculty/26813

来源: X-MOL 2019-04-24

Angew. Chem.:通用电化学生物传感策略

电化学生物传感器(electrochemical biosensor)是一种测试平台基于通过电信号来检测生物标记物,例如免疫蛋白分析、基因测序和细胞传感。近年来,电化学传感器的发展格外强劲,因其拥有简单的传感手段、多样的生物表面的建造策略以及较为便宜的制作成本,陆续有电化学传感器实际得应用在临床检测(Point-of-care)。 近日,凯斯西储大学的电子设计中心团队的Yifan Dai 博士与 Chung Chiun Liu 教授在国际知名化学杂志Angewandte Chemie上发表重要综述,总结了近年来重大突破的电化学分析策略。 该综述文章总结了基于不同生物标记物(蛋白、DNA/RNA、细胞)的通用分析手段,每一种选择的电化学策略都从基础的生物传感器三要素(检测元素、识别元素和信号传感元素)开始讲解,具体的分析策略以及设计原理都进行了完全的分析。最后,该综述总结了电化学生物传感器仍旧面临的问题,以及对未来的展望,例如,作者提出发展单传感器多路输出(multiplexed sensing),多样的电化学信号探针(electrochemical probe)是未来实现临床快速准确分析的基础。以及未来加深的对生物体自身信号的理解以及获取的手段终将带领电化学生物传感器进入市场。 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): Recent Advances on Electrochemical Biosensing Strategies toward Universal Point of Care Systems Yifan Dai, Chung Chiun Liu Angew. Chem. Int. Ed., 2019, DOI: 10.1002/anie.201901879

来源: X-MOL 2019-04-24

加拿大英属哥伦比亚大学食品系Dr. Xiaonan Lu博后招聘

Position (postdoctoral fellow): analytical chemistry in food safety Dr. Xiaonan Lu's Food Safety & Health Engineering Laboratory at UBC invites applications for1 Postdoctoral Fellowship position, with an anticipated start date of December 1st, 2019. The position is located in the Food, Nutrition and Health (FNH) program in the Faculty of Land and Food Systems (Vancouver campus) (http://foodsafetyengineering.landfood.ubc.ca/  ). The successful candidate will execute research of using some of the following research techniques for food safety study: 1) microfluidic “lab-on-a-chip”, 2) isothermal amplification (e.g., loop-mediated isothermal amplification, recombinase polymerase amplification, etc.), 3) aptamer and molecularly-imprinted polymers, 4) mass spectrometry, 5) surface-enhanced Raman spectroscopy, 6) fluorescence- and nano-materials (e.g., quantum dots, upconversion nanoparticles, graphene, black phosphorus, etc.). The aforementioned research topics are currently supported by several Canadian funding agencies. The candidate will work closely with Dr. Xiaonan Lu (Associate Professor in Food Science) and graduate students, and will be involved in collaborative work with different research laboratories on UBC Vancouver campus, BC Center for Disease Control, Canadian Food Inspection Agency, and BC Children Hospital. The appointment will be for 1 year with the possibility of extension for two additional years. Candidates must have a PhD in analytical chemistry, material chemistry, food science, biomedical engineering, or a related field, and preference will be given to those with experience with detection of targeted analytes in a complicated sample matrix, such as clinical, environment, and food products. Candidates with demonstrated contributions relating to synthesis of nanomaterials, point-of-care diagnosis, instrumental analysis and development of lateral flow assays are encouraged to apply. Candidates are responsible for training graduate students for the basic analytical chemistry skills. Interested candidates should submit a cover letter, curriculum vitae, and the names and contact information of three references to: Dr. Xiaonan Lu, Food, Nutrition and Health Program, University of British Columbia, Vancouver, B.C., Canada, V6T 1Z4; or electronically (e-applications are encouraged) to xiaonan.lu@ubc.ca. The application deadline is September 1st, 2019 or until a suitable candidate is found. Only those asked for an interview will be contacted. UBC hires on the basis of merit and is committed to employment equity. All qualified persons are encouraged to apply. We welcome applications from members of visible minority groups, women, aboriginal persons, persons with disabilities, persons of minority sexual orientations and gender identities, and others with the skills and knowledge to engage productively with diverse communities. Although Canadians and permanent residents of Canada will be given priority, international applications are welcomed.

来源: X-MOL 2019-04-24

清华大学化学系王梅祥教授和佟硕副教授团队博士后招聘启事

佟硕副教授简介 2013年博士毕业于中国科学院化学研究所分子识别与功能院重点实验室;2013年-2018年在瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)从事博士后研究。2018年任职清华大学化学系。主要研究兴趣为有机合成,催化反应,超分子化学。 王梅祥教授简介 1992年4月-2009年5月在中科院化学所工作;2009年5月起在清华大学化学系工作至今。主要研究兴趣为大环和超分子化学,阴离子-π 作用,高价有机铜化学,有机合成与反应。 研究方向及招聘人数 有机合成方法学、不对称催化、超分子化学。 佟硕副教授和王梅祥教授拟将各招收博士后2名。 招聘条件 申请者需已获得博士学位或即将获得博士学位,具有有机合成化学或超分子化学及相关领域研究背景。申请者年龄不超过35岁,身体健康,为人正直,具有良好的团队协作精神,沟通协调能力强,积极主动,工作勤奋,具备较强的独立科研能力和中英文论文写作能力、扎实的相关理论基础和浓厚的科研兴趣。 应聘材料 1、详细的个人简历,包括个人教育经历、研究经历、获奖经历、研究论文。 2、两封专家推荐信(包括博士导师的推荐信)。 岗位待遇 博士后岗位待遇参照清华大学化学系博士后管理规定执行(http://www.tsinghua.edu.cn/publish/chem/529/index.html  ),化学系并提供丰厚绩效奖励。对面试优秀者,课题组可提高待遇,具体情况面议。博士后在站期间享受在编职工待遇。对于符合条件者可以支持申请水木学者、博新计划等博士后人才支持计划,鼓励博士后本人申请各种科研基金和奖励。有突出成果的博士后将获推荐机会,到世界一流科研单位从事研究。 招聘程序 应聘者将个人简历及相关证明材料发送至tongshuo@mail.tsinghua.edu.cn, 邮件标题请注明“博士后应聘+姓名”;电话联系:15811370353。 综合考察应聘者材料,择优组织面试。按清华大学化学系博士后进站程序办理相关手续。

来源: X-MOL 2019-04-24

芳构化的“驱动力”:董广彬、刘鹏团队C-C键活化的第二篇Nature

芳香性作为热力学驱动因素在有机合成和酶催化的生物转化中具有重要作用,典型的例子就是芳香化酶催化睾酮发生多步骤的氧化C-C键断裂,最终完成雌激素的生物合成 [1]。而这类反应在有机化学中的应用最早要追溯到1972年,佐治亚大学的R. B. King等人利用低价过渡金属(如Mo、W等)将前芳香化合物环戊二烯通过C-C键活化生成具有方向性的环戊二烯-金属配合物 [2]。随后又出现一部分相关的研究报道,如1993年B. Chaudret等人通过钌催化剂实现了含环己二烯的甾体C-C键活化生成苯-钌复合物 [3]。纵观这些例子,笔者认为其理论意义要大于实际意义,原因有三:其一,底物要求是具有前芳香性的碳环分子,而这类分子来源有限;其二,转化过程需要化学计量的过渡金属参与,产生的芳香性化合物与金属强配位,无法实现催化循环;最后,底物范围极其有限,难以实现有效的应用。 图1. 雌激素的生物合成及早期研究中芳香化驱动的C-C键活化。图片来源:参考文献[1-3] 考虑到以上局限性,美国芝加哥大学董广彬教授(点击查看介绍)课题组与匹兹堡大学刘鹏教授(点击查看介绍)课题组合作,将目光放在相对更易得的杂环化合物上。他们设想广泛存在的酮与吡啶基肼生成腙后,与1,3-丁二烯发生1,3-偶极环加成可得到中间体1(Int I),再异构化为中间体2(Int II),该中间体前芳香性的二氢吡唑部分在过渡金属(如铱)催化下发生C-C键断裂生成芳香性杂环吡唑以及高活性的烷基-金属复合物,后者可通过C-H键还原消除生成烷烃或者再与另一分子的1,3-丁二烯类化合物偶联,随后臭氧解得到延长一个碳元的醛或酮。近日,他们实现了这一设想,通过芳构化驱动的C-C键活化完成酮的去乙酰化转化,为将广泛存在的酮类化合物转化为复杂的、具有生物活性的分子提供了一种通用方法。该研究成果发表在Nature 上,第一作者为Yan Xu博士。值得一提的是,这是董广彬、刘鹏两位教授合作在C-C键活化方向上发表的第二篇Nature。在此之前的一篇Nature 发表于2016年 [4],他们基于早前研究发现的副产物,在环戊酮的3-位引入芳基,实现了环戊酮的C-C键活化(副产物带来的Nature:董广彬、刘鹏团队实现环戊酮碳碳键活化)。 图2. 去乙酰化C-C键活化的构想。图片来源:Nature 该反应的发现起源于他们研究酮在铑催化下发生β-C-H键活化,与1,3-丁二烯反应时有少量吡唑生成(5%),通过优化反应条件,最后发现在[Ir(cod)2]BArF(BArF = 四(3,5-双(三氟甲基)苯基)硼酸酯;cod = 1,5-环辛二烯)和1,1-双(二苯基膦)乙烯催化体系下,底物酮与4-甲基-2-吡啶基肼、1,3-丁二烯反应,能以较高的收率得到相应的去乙酰化产物和吡唑,其中区域选择性偏向于取代基更多的C-C键或者杂原子的α-C-C键断裂(>15:1),也就是说去乙酰化更易发生。 图3. 条件优化和区域选择性的发现。图片来源:Nature 有了以上结果,作者将该氧化还原中性(redox-neutral)的反应应用到一系列甲基酮去乙酰化的尝试,发现在该催化体系下去乙酰化效率普遍较好,官能团兼容性好,磺酰胺和含氮杂环(如吲哚、嘧啶、嘌呤等)甚至是非甲基酮都对反应结果没有明显的影响。该方法比经典的去甲酰化反应——Tsuji−Wilkinson反应更有实际应用价值,因为后者需要使用超化学计量的过渡金属。 图4. 甲基酮类化合物的去乙酰化。图片来源:Nature 他们发现降低反应温度和使用配体L2的条件下,去乙酰化生成的烷基-Ir复合物会继续与过量的1,3-丁二烯发生C-烯丙基化,再经臭氧解得到形式上1,2-oxo-迁移的产物,即由羰基向末端迁移变成醛。这种转化并不局限于甲基酮底物,如苯乙基酮36和乙基酮38都能很好地进行反应。更有意思的是,如果在反应中加入第二种大位阻的1,3-丁二烯类化合物(如2,3-二甲基-1,3-丁二烯),那么烷基-Ir复合物会与之发生C-烯丙基化,再经臭氧解得到甲基酮。同时,官能团兼容性也很好,卤素、环氧、酰胺和硼酸酯都不受影响。 图5. 线性酮的去乙酰化C-C键形成反应。图片来源:Nature 按照前文提出的机理,非环酮类化合物参与反应,除了生成去乙酰化产物外,还会产生相应的吡唑,那么可以想象如果环酮发生该反应,可开环得到含有吡唑环的烷烃。正如预想的一样,他们发现无论是对称的还是非对称环酮都能很好地参与反应,区域选择性也很高(如底物98、100和106),甚至结构复杂的甾体135、苯丙四氢吲哚酮140及山道年142参与反应也能得到相似的结果。这一转化无疑为药物化学和农药化学提供了一种有力的衍生化工具。 图6. 环酮参与的开环C-C键活化反应。图片来源:Nature 为了解释芳香化是实现上述转化的驱动因素,作者采用密度泛函理论(DFT)分析反应中的过渡态,发现如果没有经过双键向环内异构化,饱和吡唑烷过渡态159'发生C-C键断裂的能量将非常高(ΔG = 45.8 kcal/mol)。而二氢吡唑165经过N-H键氧化后得到159,后者发生C-C键断裂的能量相对低很多(ΔG = 29.5 kcal/mol),很容易转化为具有芳香性的吡唑161。 图7. 计算研究芳构化驱动的C-C键活化。图片来源:Nature 总结 董广彬、刘鹏研究团队设计了酮与吡啶基肼反应形成吡啶基腙,随后在铱催化剂作用下与1,3-丁二烯发生[3+2]环化反应,原位形成前芳香性前体二氢吡唑,该中间体以芳构化作为驱动力可发生C-C键断裂,由此得到去乙酰化产物。该反应对一系列线性及环状酮类底物都具有良好的适用性,对非张力C-C键活化反应的研究具有重要的指导意义,有望在复杂分子的后期C-C键断裂中得到广泛的应用。作者还将基于这种C-C键活化机理,进一步发展其他类型底物的反应。 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): Deacylative transformations of ketones via aromatization-promoted C–C bond activation Yan Xu, Xiaotian Qi, Pengfei Zheng, Carlo C. Berti, Peng Liu, Guangbin Dong Nature, 2019, 567, 373, DOI: 10.1038/s41586-019-0926-8 导师介绍 董广彬 https://www.x-mol.com/university/faculty/352 刘鹏 https://www.x-mol.com/university/faculty/1732 参考文献: 1. Santen, R. J., Brodie, H., Simpson, E. R., Siiteri, P. K. & Brodie, A. History of aromatase: saga of an important biological mediator and therapeutic target. Endocr. Rev., 2009, 30, 343. 2. King, R. B. & Efraty, A. Pentamethylcyclopentadienyl derivatives of transition metals. II. Synthesis of pentamethylcyclopentadienyl metal carbonyls from 5-acetyl-1,2,3,4,5-pentamethylcyclopentadiene. J. Am. Chem. Soc., 1972, 94, 3773. 3. Halcrow, M. A., Urbanos, F. & Chaudret, B. Aromatization of the B-ring of 5,7-dienyl steroids by the electrophilic ruthenium fragment "[Cp∗Ru]+". Organometallics, 1993, 12, 955. 4. Xia, Y., Lu, G., Liu, P. & Dong, G. Catalytic activation of carbon–carbon bonds in cyclopentanones. Nature, 2016, 539, 546 (本文由与谁同坐供稿)

来源: X-MOL 2019-04-23
随风发布于2019-04-26  0
可惜了,河师大的范老师17年的joc大作。
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BN纳米包覆层稳定金属锂以及固态电解质界面从而实现超长固循环态电池

传统的有机电解液较易燃烧,有一定的安全风险。固态电解质因其卓越的安全性正引起越来越多的重视。除此之外,固态电解质具有较高的杨氏模量,理论上可以抑制金属锂枝晶生长。因此,固态电解质与金属锂电极的结合会大大提高电池的能量密度和安全性,其广阔的应用前景使得固态金属锂电池成为当前主流研究热点之一。然而金属锂的氧化还原电位低至-3.04 V(相对标准氢电极),大多数的固态电解质对金属锂并不稳定,因此在不降低能量密度的前提下,并没有理想的方法使得这些低成本,高锂离子电导率的固态电解质真正应用到实际电池之中。 来自哥伦比亚大学的杨远教授团队联合Amprius公司的剡剀博士以及布鲁克黑文国家实验室的苏东研究员团队开发了一种基于六方氮化硼(BN)的复合薄膜来保护NASICON结构的磷酸钛铝锂(LATP)这种对锂不稳定的固态电解质,并实现了LATP 500圈的可逆循环。该研究提供了拓展可实际应用的固态电解质种类以及固态锂金属电池的新思路。相关论文发表Cell Press旗下的能源旗舰期刊Joule 上,第一作者为程前、李爱军、李娜。 很多对锂不稳定的固态电解质具有极高的离子电导率、低廉的价格和较低的密度,例如NASICON结构的Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3和Li1+xAlxGe2−x(PO4)3、钙钛矿结构的LixLa2/3-x/3TiO3以及thio-LISICON结构的Li10GeP2S12和Li10SnP2S12。但困扰这些固态电解质的主要问题,即对金属锂的不稳定问题从来没有被真正解决过。这些对锂不稳定的固态电解质一旦接触金属锂便会很快被还原,形成的还原产物同时具有较高的电子和离子电导率,从而使得金属锂和固态电解液间的副反应继续进行下去,最终导致电池的性能快速降低直至电池失效。除此之外,固态电解质本身的高电子电导率也会导致金属锂沿固态电解质的晶界沉积从而导致电池最终短路失效。有鉴于此,他们提出了一种利用化学气相沉积(CVD)制备的氮化硼纳米薄膜作为界面保护层。该氮化硼纳米薄膜不仅对金属锂有极高的化学稳定性,而且其杨氏模量高达1 TPa,可有效压制锂枝晶的生长。另外,六方氮化硼还具有极低的电子电导率 (10-15  S cm−1),远低于常规的固态电解质(LATP 约为9.6 × 10-9 S cm−1,LLZO 约为10-8 –10-7 S cm−1),因此具有更好的抵御金属锂枝晶渗透的能力。同时,由于使用了较低的生长温度(~900 ℃),使得化学气相沉积的氮化硼形成了较多的缺陷。这些缺陷使得氮化硼薄膜获得较高的锂离子通过率。运用该方法,制备氮化硼薄膜的厚度仅5~10 nm,因此可以在不影响电池的能量密度的前提下保护LATP免受金属锂侵蚀。通过运用XPS、拉曼光谱、XRD、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等手段对氮化硼包覆的LATP进行表征,发现氮化硼薄膜可以均匀地包覆在LATP颗粒的表面,并且气相沉积过程不会对LATP的晶型造成影响。高分辨透射电子显微镜显示该氮化硼薄膜具有马赛克结构,其本身的大量缺陷可允许锂离子通过。 图1.(A-B)氮化硼保护LATP固态电解质免受金属锂还原的原理示意图。如果LATP直接接触金属锂,其表面会被很快还原。新生成的还原产物具有较高的电子电导率和离子电导率,因此LATP的还原会继续,因此会进一步对LATP造成损伤。当六方氮化硼与PEO用于界面保护时,只有锂离子能够导通,而电子不能通过,从而确保LATP可以正常工作。(C-D)XPS以及拉曼光谱显示氮化硼薄膜主要由六方氮化硼组成,含有少量的立方氮化硼以及氧化硼。(E-F)透射电子显微镜图像显示了氮化硼薄膜均匀地包覆在LATP颗粒表面。高分辨透射电子显微镜图像进一步显示了此氮化硼薄膜具备着夹杂高晶度区,低晶度区以及无定形区的马赛克结构。 为了进一步研究BN对LATP的保护机制,研究人员同时对未包覆的LATP以及氮化硼包覆的LATP颗粒在透射电子显微镜中进行了原位还原的实验。在与金属锂接触以及施加1 V偏向电压的情况下,未包覆氮化硼的LATP颗粒会在五分钟之内观测到Li3Al0.3Ti1.7(PO4)3的形成,证明了锂离子的嵌入以及Ti4+的还原。如果还原反应继续进行,会观测到LATP颗粒的衍射图案逐渐减弱,直至最后消失,说明LATP最终变为无定形状态。在相同的条件下,氮化硼包覆的LATP固态电解质则显示出了极强的稳定性。在1 V偏压以及金属锂同时存在的情况下,即使还原时间长达一个小时,也未观测到LATP的还原以及LATP晶型的改变。这充分说明了氮化硼可以隔绝与外界的电子通路,从而使LATP免受金属锂的还原。 图2.(A-D)未包覆的LATP固态电解质在透射电镜中的原位还原实验。当LATP在金属锂以及1 V的偏向电压情况下,其晶型会在20分钟内变成无定形,同时颗粒的外形也会因为嵌锂变得更为圆滑。(E-H)氮化硼包覆的LATP固态电解质在金属锂以及1 V偏向电压同时存在的情况下,仍然保持了原有的晶格,同时颗粒外形没有变化,证明了氮化硼的存在可有效保护LATP颗粒免受金属锂的损伤。 接下来,研究人员使用了锂锂对称电池,对氮化硼包覆的LATP以及未包覆的LATP进行电化学测试,来证明氮化硼包覆的LATP固态电解质可以与金属锂共存并稳定工作。研究人员对用来测试的LATP固态电解质的两侧都进行了氮化硼包覆,同时,1~2 µm的PEO层也被用来浸润金属锂和氮化硼的界面来帮助锂离子的导通。电化学阻抗谱显示,未包覆的LATP组装成的锂锂对称电池的内阻在350小时后其内阻增加超过30倍,而氮化硼包覆的LATP对称电池的电阻在400个小时内并未观测到波动。随后,在电流密度0.3 mA cm-2的测试条件下,没有氮化硼保护的Li/LATP/Li对称电池会观测到电池极化的极速增加,而氮化硼保护的锂锂对称电池可以在长达500小时的循环时间内未出现内阻增加的迹象。由此可见,基于氮化硼的纳米保护层可以在一定的电流密度下确保金属锂的沉积与脱出,并可实现长周期的稳定循环,这展示了氮化硼包覆的LATP所具有的极高的电化学稳定性。 图3.(A)锂锂对称电池的示意图以及该电池的电化学阻抗谱随时间的变化。(B)氮化硼包覆的LATP以及未包覆的LATP组装成的锂锂对称电池的实部阻抗随时间的变化情况对比。(C)锂锂对称电池在0.3 mA cm-2的电流密度下的循环情况对比。 在验证了氮化硼包覆的LATP可以确保金属锂的稳定沉积以及脱出之后,研究人员继续在全电池之中测试氮化硼保护层的稳定性。因为LATP在高电位具有较高的稳定性,研究人员首先使用了LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2(NMC)作为正极材料,金属锂作为负极材料,并使用2µL的液态电解液来浸润氮化硼以及金属锂的界面,从而在室温条件下获得较理想的性能。在0.3 mA cm-2的电流密度下,使用BN包覆的NMC/LATP/Li全电池可以表现出稳定的长循环性能,而没有BN包覆的LATP固态电解质则无法与金属锂兼容,其电池极化迅速增长最终导致整个电池完全失效。在使用LiFePO4 (LFP) 作为正极材料,PEO作为浸润层的情况下,LFP/LATP/BN/PEO/Li全电池在0.2 mA cm-2的电流密度和60 ℃下循环500圈后,仅有10 mAh g-1的容量损失并且未观察到电池极化增加。每圈的容量损失率低至 0.015%且库伦效率接近100%。这表明了氮化硼薄膜对LATP实现了有效保护并使得LATP成功应用于金属锂电池之中。 图4. (A-D) NMC/LATP/(BN or no BN)/Li 的全电池在室温下的循环性能比较以及NMC/LATP/BN/Li全电池的倍率性能。液态电解液用来浸润电解质及锂电极的界面,电流密度为0.3 mA cm-2。(E-H) LFP/LATP/(BN or no BN)/Li 的全电池在60 ℃下的循环性能比较以及LFP/LATP/BN/Li全电池的倍率性能。1-2 µm厚的PEO层被用来浸润电解质及锂电极的界面,电流密度为0.2 mA cm-2。 随后,研究人员对循环结束后的LFP/LATP/(BN or no BN)/Li 电池中的LATP固态电解质进行了表征。在0.2 mA cm-2和0.5 C条件下,未经包覆的LATP在100圈后因为严重的副反应,已经完全化为碎片。SEM观测显示,LATP与金属锂之间的副反应形成了大量LATP还原产物并造成体积膨胀,并在LATP片内产生大量应力,是使整个LATP片粉末化的主要原因。XRD则进一步显示了LATP片因还原反应而逐渐转向无定型状态。而BN包覆的LATP固态电解质在500圈循环后几乎完好无损,说明了LATP被金属锂的还原受到了明显地抑制。XRD显示了该LATP/BN片的晶型未受任何影响,并且EDS、XPS以及HRTEM均显示了氮化硼保护层仍旧存在于LATP的表面,即便是在如此长时间的循环之后。因此,对LATP片的表征表明,BN的高度稳定性可以保障LATP与金属锂兼容,从而使得LATP可以应用于固态电池之中。 图5.(A-B)照片和扫描电子显微镜图像显示未包覆的LATP在全电池中100圈循环后已完全损坏。(C-D)照片和扫描电子显微镜图像显示氮化硼包覆的LATP在全电池中即使在500圈循环后仍旧完好无损。(E)用XRD对循环后的LATP以及LATP/BN电解质片表征显示,未包覆LATP片晶型被大大削弱,几近无定型状态;而LATP/BN片仍旧保持最原始的晶型不变。(F-H)使用EDS, XPS, 和高分辨透射电子显微镜图像显示,即使在500圈循环之后,LATP/BN电解质片表面的BN层仍旧完好无损,显示了BN包覆的高度化学以及机械稳定性。 小结 该研究利用氮化硼包覆,成功将对锂不稳定的LATP固态电解质应用到实际电池之中并展示了极高的电化学稳定性以及较大电流下的长循环固态金属锂电池,因此大大拓展了可实际应用的固态电解质的数量。除此之外,化学气相沉积价格低廉且适宜大规模生产,其超薄的特性在保护LATP电解质稳定的同时也不会降低电池的能量密度。这些特点对固态电池的进一步发展乃至最终的应用有重要意义。 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): Stabilizing Solid Electrolyte-Anode Interface in Li-Metal Batteries by Boron Nitride-Based Nanocomposite Coating Joule, 2019, DOI: 10.1016/j.joule.2019.03.022 团队介绍 杨远教授简介:本科毕业于北京大学物理学院。博士毕业于斯坦福大学材料科学与工程系,师从崔屹教授。博士后期间在麻省理工陈刚教授组工作。现为哥伦比亚大学工程学院应用物理与应用数学系材料科学专业助理教授。长期从事于锂离子电池、锂硫电池、固态电池等储能器件以及热管理材料的研究和开发。现已以通讯作者身份在Science, Joule, Nature Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Nano Lett. 等学术刊物上发表多篇研究论文,他引近20,000 余次,H因子37。 https://www.x-mol.com/university/faculty/26742

来源: X-MOL 2019-04-23

有机长余辉聚集态发光机制:H聚集工程调控

有机长余辉(OURTP)材料的蓬勃发展促进了有机光电子学的研究,不断深化人们对传统有机π共轭材料固体发光的理解。然而,OURTP的确切发光机理,尤其是其发光性质与聚集结构之间的构效关系仍不清楚。 近日,南京邮电大学黄维院士(点击查看介绍)团队的范曲立教授(点击查看介绍)课题组和陈润锋教授(点击查看介绍)课题组合作,通过合理的分子设计策略和H聚集工程调控方法成功制备了一系列氰基拟卤素取代的N-苯基咔唑有机长余辉材料,其余辉寿命和量子效率分别达到了0.92 s和8.6%。团队基于激子理论定量分析了H聚集程度对有机长余辉性质的影响,发现有机长余辉是由跃迁允许的高能级辐射跃迁所致:三线态激子被H聚集体捕获后在环境热辅助作用下克服激子分裂能从跃迁禁阻的H聚集体低能级(暗态)转变到跃迁允许的H聚集体高能级(亮态),实现OURTP发光。激子分裂能越大,余辉寿命越长,量子效率越低,反之亦反。此外,利用氰基拟卤素缺电子特性,通过D-A型分子设计策略成功制备了具有可见光激发特性的有机长余辉材料并应用于活细胞成像。 这一研究工作近期发表在国际化学领域学术期刊Mater. Horiz. 上,这是黄维院士和陈润锋教授领导的课题组在化学与材料领域国际顶级期刊——Nat. Mater. (DOI: 10.1038/NMAT4259)、Adv. Mater. (DOI: 10.1002/adma.201602604; 10.1002/adma.201803856)发表工作之后,取得的又一科学研究成果。该工作主要由博士研究生袁杰和硕士研究生王霜完成,并得到了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金与江苏省研究生创新项目的支持。 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): Invoking Ultralong Room Temperature Phosphorescence of Purely Organic Compounds through H-Aggregation Engineering Jie Yuan, Shuang Wang, Yu Ji, Runfeng Chen,* Qi Zhu, Yongrong Wang, Chao Zheng, Ye Tao, Quli Fan* and Wei Huang* Mater. Horiz., 2019, DOI: 10.1039/C9MH00220K 导师介绍 黄维 https://www.x-mol.com/university/faculty/35089 范曲立 https://www.x-mol.com/university/faculty/39457 陈润锋 https://www.x-mol.com/university/faculty/26813

来源: X-MOL 2019-04-23

Angew. Chem.:钯催化对映选择性碳-碳和碳-碘σ键交叉交换反应

碳碳键活化是有机化学领域的难点和热点之一,而碳碳键参与的σ键交叉交换反应代表了一类高度原子经济性的碳碳键活化方法。三元环和四元环等小环分子由于内部张力的作用易于进行过渡金属催化的σ键交叉交换反应。目前碳碳键和碳硅键及硅硅键的σ键交叉交换反应已经有报道,然而碳碳键和碳卤键的σ键交叉交换反应从未实现,其中的难点在于金属络合物的碳卤键还原消除基元反应难以实现。另外,设计对映选择性的σ键交叉交换反应则更加困难。 最近,杭州师范大学有机硅化学及材料技术教育部重点实验室的徐利文研究员(点击查看介绍)和曹建副研究员(点击查看介绍)设计了对称环丁酮的钯催化对映选择性碳-碳和碳-碘σ键交叉交换反应,并成功构建含有手性1-茚酮骨架的烷基碘代物。研究人员发展了一套高效的钯/磷配体催化体系,能够同时断裂环丁酮底物中的碳碘键和碳碳键,并形成新的碳碳键和碳碘键,从而实现两个σ键的交叉交换。在反应的过程中两个等同的碳碳键之一在手性磷配体的诱导下被选择性的断裂从而得以对映选择性的构建季碳手性中心。另外,研究人员利用溴代的环丁酮作为底物并且在体系中加入碘化钾,通过现场溴-碘交换过程可以得到同样的产物烷基碘代物。 反应机理的关键是环丁酮的开环过程。对此,研究人员提出了两种可能的机理:path a,零价钯与碳碘键氧化加成得到的芳基卤化钯对环丁酮的羰基进行亲核加成形成烷氧基钯中间体,随后的β-碳消除和碳碘键还原消除得到产物;path b,零价钯依次与碳碘键和碳碳键进行氧化加成形成四价钯中间体,随后发生两次连续的碳碳键和碳碘键的还原消除得到产物。研究团队的徐征副研究员通过DFT计算,发现第二种机理所需的活化能比第一种明显更低,因而认为第二种反应机理更合理。反应的底物适用范围,产率和对映选择性均达到良好到优秀。该研究为手性茚酮类骨架的不对称合成提供了新的思路。 相关工作发表在Angewandte Chemie International Edition 上。文章的共同第一作者是硕士生孙玉莉和王星犇。 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): Enantioselective Cross-Exchange between C-I and C-C σ Bonds Yu-Li Sun, Xing-Ben Wang, Feng-Na Sun, Qian-Qian Chen, Jian Cao, Zheng Xu, Li-Wen Xu Angew. Chem. Int. Ed., 2019, DOI: 10.1002/anie.201902029 导师介绍 徐利文 https://www.x-mol.com/university/faculty/41627 曹建 https://www.x-mol.com/university/faculty/50150 (本稿件来自Wiley)

来源: X-MOL 2019-04-23
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