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有机高价碘新试剂的研发与新反应性的探索

近年来有机高价碘试剂因其丰富的反应性、低毒环保、易得稳定等诸多优点,受到合成化学家的广泛关注。除了作为通用的氧化剂之外,有机三价碘试剂更是一类功能强大的官能团转移试剂。南开大学张弛教授课题组自建组以来便一直深耕有机高价碘化学领域,长期致力于新型有机高价碘试剂的设计与合成,并将其主要应用于含氟有机化合物的合成、杂环化合物的合成、C-H键官能团化,以及研发一系列新型高价碘肽偶联试剂用于寡肽和环肽的合成。 图1 张弛教授团队发展的代表性的有机高价碘新试剂 1基于环碘酰亚胺骨架的含氟有机三价碘试剂1)三氟甲硫基三价碘试剂[1] 2020年,张弛课题组选取了的N-乙酰基环碘酰亚胺骨架成功合成了第一例三氟甲硫基作为配体的有机三价碘试剂TFTI(trifluoromethylthio-iodinereagent)。TFTI,外观为白色粉末,对空气和水分不敏感,热稳定性好(分解温度为137℃),可以在-20℃下稳定保存至少6个月。TFTI是高活性、多用途的亲电型三氟甲硫基转移试剂,可以实现多种类型亲核物的亲电三氟甲硫基化反应。TFTI搭配有机碱可以在β-二羰基化合物例如β-酮酸酯和β-酮酰胺的α-位引入三氟甲硫基;TFTI在无需添加活化试剂的条件下,可以实现富电子芳烃、杂芳烃、萘酚和烯胺类底物的三氟甲硫基化反应,构筑C(sp2)-S键;TFTI还可以与苯硫酚、胺类和苯硒酚等亲核物反应,在S、N和Se等杂原子上高效引入三氟甲硫基。使用乙酸作溶剂,TFTI可以实现对苯亚磺酸钠的氧化三氟甲硫基化反应。此外,TFTI可作为三氟甲硫基源,配合CuI催化剂,实现芳基硼酸和烯基硼酸类化合物的三氟甲硫基化反应。 在溶剂HFIP中,TFTI可以对生物相关分子包括半胱氨酸、葡萄糖衍生物以及降压药卡托普利(Captopril)中的巯基进行三氟甲硫基化。值得指出的是,TFTI还可以高化学选择性地对一系列天然氨基酸二肽中的半胱氨酸残基进行后期三氟甲硫基化修饰。 图2 TFTI对多种类型亲核物进行亲电三氟甲硫基化 2)单氟三价碘试剂[2] 2022年,张弛课题组设计并合成了基于N-乙酰基环碘酰亚胺骨架的新型有机单氟三价碘试剂AFBI(2-acetyl-1-fluoro-1,2-dihydro-3H-1λ3-benzo[d][1,2]iodazol-3-one),分子内I…O次级键的存在提高了试剂的稳定性,AFBI对空气、水分不敏感,可在环境温度下储存6个月而不会发生分解。AFBI不仅可以高区域选择性地活化环丙烷的碳-碳键,而且还可以实现环丙烷的扩环氟化反应,从而实现了一步从小环到氟化大环的扩环反应。此外,AFBI还可实现1,3-二羰基化合物、不饱和羧酸、芳香重氮盐、重氮化合物等的氟化反应。 图3 AFBI介导的扩环氟化反应制备4-氟哌啶 图4 AFBI促进的单氟化反应 2水溶性高价碘试剂1)水溶性五价碘试剂[3] IBX作为一种温和环保的氧化剂在有机合成中获得青睐,但是IBX在常用有机溶剂中溶解度低,特别是在水中溶解度差,在一定程度上限制了它的实际应用。2011年,张弛课题组成功设计并合成了水溶性五价碘试剂AIBX(5-trimethylammonio-1,3-dioxo-1,3-dihydro-1λ5-benzo[d][1,2]iodoxol-1-olanion),相比IBX,在中心碘原子的对位引入了三甲基氨基,显著增强了IBX的水溶性,而且三甲基氨基的强拉电子性,可增强碘中心的亲电性,利于提高试剂的反应活性。AIBX丰富新颖的反应性也相继被开发:(1)环状b-酮酸酯的脱氢芳构化反应;(2)C(sp2)-C(sp3)单键的环丙烷化反应;(3)C(sp2)-C(sp3)单键的环氧化反应;(4)环状b-酮酸酯的脱氢a,b¢-双官能团化反应;(5)醇的高效氧化制备羰基化合物;(6)AIBX-H2O2体系高效产生单线态氧,成功用于抗疟药物青蒿素的合成。 图5 AIBX介导的脱氢官能团化反应 图6 AIBX-H2O2体系制备单线态氧 2)水溶性三价碘试剂[4] 2018年,张弛课题组首次设计合成了第一例含有I-N键的新型水溶性三价碘试剂氨基磺酸亚碘酰苯PhI+NHSO3-(PISA,(phenyliodonio)sulfamate),PISA在水中具有良好的溶解性,在室温条件下,其溶解度可达0.21M,PISA的水溶液具有较强的酸性,其饱和水溶液的pH为2.05,同时,PISA也是一个强的有机氧化剂,其氧化电势为1.67V。此外,PISA的稳定性好,在室温条件下至少可存放两个月。2-取代吲哚包含2,3-二取代吲哚是一类重要的杂环化合物,广泛存在于药物和生物活性分子中。张弛教授团队使用新发展的PISA在无金属条件下成功地实现了2-烯基苯胺的C-H键胺化,合成了一系列2-取代吲哚。该方法具有区域选择性好、底物范围广、条件温和、操作简单、可放大等优点。 图7 PISA介导的2-取代吲哚的合成 另外,五价碘AIBX可被还原为三价碘AIBA,这也是一个水溶性三价碘新试剂,该试剂可以实现α,β-不饱和羰基化合物C=C双键的环氧化反应。 图8 AIBA介导的烯烃环氧化反应 3)高价碘肽偶联试剂[5] 2015年,张弛课题组报道了一个新型三价碘肽偶联试剂FPID,在iodosodilactone结构的基础上,在碘原子的对位引入强吸电子的3,5-双三氟甲基苯基,一方面增强了I(III)中心的亲电性,提高试剂的反应活性,另一方面,3,5-双三氟甲基苯基的高脂溶性也使该偶联试剂易溶于有机溶剂。FPID配合(4-MeOC6H4)3P可以高效地促进液相肽合成,在标准氨基酸、大位阻氨基酸的成肽反应中有很好的应用。该体系可以成功应用于固相肽合成,其中4个具有生物活性的寡肽可以通过此方法合成,此外,利用该体系通过直接缩合法实现了环七肽分子PseudostellarinD的合成。 图9 FPID介导的天然氨基酸和大位阻氨基酸的成肽反应 4)手性有机碘试剂[6] 2011年,张弛课题组基于周氏配体发展了一个新型手性有机碘试剂,以该试剂作为催化剂、m-CPBA作氧化剂成功实现了酮的对映选择性α-位对甲基苯磺酰氧基化反应。 图10 原位生成手性高价碘试剂实现羰基α-位对映选择性对甲基苯磺酰氧基化反应 参考文献 1.X.-G.ﻩYang, K. Zheng, C. Zhang*, Org.ﻩLett.ﻩ2020,ﻩ22,ﻩ2026. 2.J.ﻩRen, F.-H. Du, M.-C. Jia, Z.-N. Hu, Z. Chen, C. Zhang*, Angew.ﻩChem. Int. Ed.ﻩ2021,ﻩ60,ﻩ24171. 3.(a)ﻩL.-Q. Cui, Z.-L. Dong, K. Liu,ﻩC. Zhang*, Org.ﻩLett.ﻩ2011,ﻩ13,ﻩ6488. (b) Y.-N. Duan, L.-Q. Cui, L.-H. Zuo,ﻩC. Zhang*, Chem.ﻩEur. J.ﻩ2015,ﻩ21,ﻩ13052. (c) Y.-N. Duan, Z. Zhang,ﻩC. Zhang*, Org.ﻩLett.ﻩ2016,ﻩ18,ﻩ6176. (d) S. Jiang, T.-S. Yan, Y.-C. Han, L.-Q. Cui, X.-S. Xue*,ﻩC. Zhang*, J.ﻩOrg. Chem.ﻩ2017,ﻩ82,ﻩ11691. (e) H.-J. Shen, Y.-N. Duan, K. Zheng,ﻩC. Zhang*, J.ﻩOrg. Chem.ﻩ2019,ﻩ84,ﻩ14381. (f) H.-J. Shen, Z.-N. Hu,ﻩC. Zhang*, J.ﻩOrg. Chem.ﻩ2022,ﻩ87,ﻩ3885–3894. 4.H.-D.ﻩXia, Y.-D. Zhang, Y.-H. Wang, C. Zhang*, Org.ﻩLett.ﻩ2018,ﻩ20,ﻩ4052. ChinaﻩPatent No.:CNﻩ107089934 B. 5.(a)ﻩJ. Tian, D.-M. Zhou, C. Zhang*, Org.ﻩLett.ﻩ2012,ﻩ14,ﻩ3020. (b) C. Zhang*, S.-S. Liu, B. Sun, J. Tian, Org.ﻩLett.ﻩ2015,ﻩ17,ﻩ4106. (c) D. Liu, Y.-L. Guo, J. Qu, C. Zhang*, BeilsteinﻩJ.ﻩOrg. Chem.ﻩ2018,ﻩ14,ﻩ1112. ChinaﻩPatent No.:CNﻩ106278898 B. 6.J.ﻩYu, J. Cui, X.-S. Hou, S.-S. Liu, W.-C. Gao, S. Jiang, J. Tian, C.ﻩZhang*, Tetrahedron:ﻩAsymmetry,ﻩ2011,ﻩ22,ﻩ2039.

2022-11-25

OPRD 双环吡咯烷醇的不对称合成

利用(2S,4R)-Boc-反式-4-羟基-L-脯氨酸甲酯(8)作为起始材料,通过氧化、还原和脱氧氟化,其二级醇的立体中心经过双重反转生成反式-4-氟-L-脯氨酸(13);随后通过Seebach方法立体选择性的在α-羰基位置引入一个三碳化合物合成15;最后,去保护和环化形成双环吡咯烷醇的双环核心,在还原后得到最终产物1。 Org. Process Res. Dev. 2022, 26, 2839−2846 一、反式-4-氟-L-脯氨酸(13)的合成 a. 通过氧化从8得到化合物9; b. 9中的酮基使用使用了酮还原酶(keto reductase,KRED)PK076进行转化还原得到10。转化率能达99.5%,非对映体比率为98.7:0.8,酶载量10%。且这种生物转化作用的效率在100克级别的实验中转化率达到了99% 以上,非对映体比率达到了99.3:0.7(98.6% de)。用正庚烷/MTBE体系结晶得到纯品10,产率为87%。 c&d. 使用三氟甲磺酸酐和Et3N·3HF对10进行两步脱氧氟化。氟化反应中会发生消除反应生成烯烃副产物,这些副产物可以用KMnO4氧化除掉。其他残留杂质也在下游过程中除去。分离纯度> 99%,结晶后产物质量分数>99%,收率71%。 二、由13合成化合物1 a、使用1.2 eq甲醛和4.5 eq原甲酸三甲酯作为反应试剂,45℃下生成14。产率为 91%。 b、利用亲电卤代烷进行立体选择性α-烷基化反应。如下表所示,对不同的卤代烷烃和催化条件进行了一系列优化筛选: 最后发现,碘代氯丙烷在 DMPU(2 eq.)的催化下产率为70%,为最优条件。 c、将15a在甲醇中回流16小时生成了16·HCl。通过丙酮结晶很容易分离出所需的产物,从机理上讲,假设反应由分子内烷基化引发,形成季铵盐15c,用甲醇进行缩醛缩醛裂解后,缩醛酯 15d 断裂成所需的产物 16·HCl 和新戊醛二甲基缩醛。 d、在THF中回流16·HCl与(2 eq.)BF3·OEt2和(3 eq.)NaBH4产生最终产物1,为淡黄色油,分离产率为84%。 该工艺成功地应用于化合物1的公斤级合成,总产率为40%,选择性为(99% ee和de)。

2022-11-25

桑德迈尔反应的具体机理和实验小贴士

桑德迈尔反应是将芳基重氮卤化物/芳基重氮盐转化为芳基卤化物或芳基类卤化物。所需的卤代芳基重氮化合物通常由芳胺(通过重氮化)在无水条件下使用亚硝酸钠/氢卤酸或烷基亚硝酸盐制备而成。 具体机理:从铜(Ⅰ)催化剂到重氮化合物形成一个单电子转移(SET),产生重氮自由基和铜(Ⅱ)卤化物。重氮自由基容易释放氮气,形成芳基自由基,随后芳基自由基从卤化铜(Ⅱ)接收卤化物,再生铜(Ⅰ)催化剂并形成最终的芳基卤化物。 试剂: 铜(Ⅰ)盐催化剂 反应物: 芳基重氮卤化物 产物: 芳基卤化物 反应类型: 亲核(自由基)芳基取代 反应机理 相关反应 偶氮偶合反应 重氮化反应 罗森蒙德-冯布劳恩反应 希曼反应 实验贴士 在芳基重氮卤化物上,供电子和吸电子基团都是可耐受的 如果选择亚硝酸钠/氢卤酸路线合成芳基重氮卤化物,则铜(Ⅰ)盐的反离子必须与氢卤酸的共轭碱相匹配,否则会产生芳基卤化物的混合物[1] 生成的芳基重氮卤化物随后与卤化铜(Ⅰ)在同一罐(先不分离)中反应[1] 铜的溴化物、氯化物或氰化物分别用于获得芳基氯化物、芳基溴化物和芳腈。芳基碘化物的形成不需要使用铜(Ⅰ)盐,而是碘化钾[1] 也可通过使用三氟乙酸、硫酸水溶液或铜盐水溶液(偶尔称为桑德迈尔羟基化)在加热条件下从芳基重氮盐中制备苯酚[2,3,4] 1. Kürti, L., Czakó, B. (2005). Strategic Applications of Named Reactions in Organic Synthesis; Background and Detailed Mechanisms. Burlington, MA: Elsevier Academic Press. 2. Horning, D. E., Ross, D. A., Muchowski, J. M. Synthesis of phenols from diazonium tetrafluoroborates. Useful modification. Can. J. Chem. 1973, 51, 2347-2348. 3. Cohen, T., Dietz, A. G., Jr., Miser, J. R. A simple preparation of phenols from diazonium ions via the generation and oxidation of aryl radicals by copper salts. J. Org. Chem. 1977, 42, 2053-2058. 4. Hanson, P., Rowell, S. C., Walton, P. H., Timms, A. W. Promotion of Sandmeyer hydroxylation (homolytic hydroxydediazoniation) and hydrodediazoniation by chelation of the copper catalyst: bidentate ligands. Org. Biomol. Chem. 2004, 2, 1838-1855. 相关产品 CAS号 中文名 纯度 14781-45-4 六氟乙酰丙酮 95% 53801-63-1 锌铜偶 97% 38465-60-0 氟硼酸铜 98% 142-71-2 无水醋酸铜 98.5% 34946-82-2 三氟甲烷磺酸铜(Ⅱ) 98% 544-92-3 氰化亚铜 98%

2022-10-28

关于“团簇电致发光材料及器件”的最新研究成果。

近日,国际顶级期刊《Angewandte Chemie International Edition(德国应用化学)》(中科院一区、top期刊,影响因子16.823)在线刊登了黑龙江大学化学化工与材料学院本科生项目(化学学科)团队关于“团簇电致发光材料及器件”的最新研究成果。 《Angewandte Chemie International Edition(德国应用化学)》期刊论文信息页 团簇是一类尺寸介于小分子和纳米粒子之间的新型功能材料,已被广泛用于催化、生物、医疗、能源及光电领域。近年来,基于团簇发光材料的电致发光技术成为该领域的前沿研究热点,取得了快速发展。然而,由于团簇复杂的激发态组成和强的分子内相互作用,深蓝光团簇电致发光材料及器件的研发一直是本领域的瓶颈,亟待突破。 图为两个深蓝光金团簇的单晶结构、光谱和器件 针对这一难题,由黑龙江大学4名2019级应用化学专业本科同学组成的双创团队依托国家级大学生创新创业项目(科研能力提升类)“基于吡啶膦配体构筑的金纳米团簇及其电致发光性能研究”和许辉教授领导的磷基光电功能材料课题组,在博士研究生孙佳南和硕士研究生钟春雷的指导下,开发出基于金团簇的首例高性能深蓝光团簇电致发光器件。 器件色度达到美国国家电视系统委员会(NTSC)标准,亮度超过8000 cd m-2,外量子效率超过2%。这一工作提出了配体-器件工程相结合构建高效团簇电致发光体系的有效策略,将有力推动团簇电致发光技术发展成为全光谱覆盖的重要显示技术。 据了解,黑龙江大学应用化学专业本科同学从大一开始即进入专业实验室学习熏陶、培养实践创新能力。这一顶尖成果是团队经过两年多的科研实践,通过自身的不懈努力和课题组的有力支撑所取得的。大写的牛!已有多位本科生发国际顶刊 仅今年9月,已有三所高校公布消息,有本科生以第一作者身份在国际顶级期刊发表论文。 南方科技大学计算机科学与工程系本科生郜晨阳以第一作者的身份在国际顶级期刊 IEEE Transactions on Image Processing 发表研究成果,题为 "Conditional Feature Learning based Transformer for Text-Based Person Search"。 中南林业科技大学王文磊教授指导的2018级材料化学专业本科生胡新宇,以第一作者身份在国际顶级期刊《Applied Catalysis B: Environmental》(中科院一区TOP期刊,IF = 24.319)发表题为“β particles induced directional inward migration of oxygen vacancies: Surface oxygen vacancies and interfacial oxygen vacancies synergistically activate PMS”的最新研究成果。该期刊的学术影响力在环境工程领域228个期刊中排名第一。该论文是该校本科生首次以第一作者身份在影响因子超过20的国际权威期刊上发表的研究型学术论文。 据徐州医科大学消息,近日,化学工程领域国际顶级期刊《Chemical Engineering Journal》(中科院一区TOP期刊,IF 16.744)以“In-situ growth of bimetallic FeCo-MOF on magnetic biochar for enhanced clearance of tetracycline and fruit preservation”为题在线发表了该院本科生团队最新研究成果。 论文报道了一种以废纸为低成本碳源的磁性碳基双金属有机骨架复合材料制备方法及其在水体抗生素清除中的应用。论文第一作者为2018级药学专业本科生蒋逸材、罗梦凡,参与完成的本科生有2019级药物制剂专业牛子诺、许思源、高玥和高文娟,药剂学教研室刘瑞林副教授为该论文唯一通讯作者,徐州医科大学为唯一完成单位。

2022-10-28

《ACS Nano》:复眼启发的超疏水、陷光仿生复合材料

可再生能源的有效捕获和连续循环利用是应对资源短缺和环境污染危机的有效途径之一,发展高效的能源捕获与回收材料对于人类的可持续发展至关重要。 在过去的十年间,各种太阳能、风能、潮汐能等可再生能源的捕获材料或装置得到了广泛的关注,能量回收和循环系统的研究也取得了快速而显著的进步,但目前科学研究与实际应用之间的差距仍然是一个急需面对的挑战。 一方面,污染物、酸碱腐蚀、冰覆、风吹等外界因素不仅会降低材料的能量回收效率,更严重的是对能量回收系统核心材料造成永久性破坏;另一方面,产业化和生产成本作为决定能量回收材料竞争力的两个关键因素,仍然需要进一步完善。 图1 全天候能量回收与循环系统工作机理 近日,华中科技大学瞿金平院士团队提出了一种具有化学、润湿和热稳定性的全天候能量捕获与循环利用复合材料的制备方法(图1),即微挤注压缩成型,用于高效地制造具有太阳能热发电、LED芯片热管理和余热利用的仿生PE/PEO/GNS复合材料(MN-PPG)。由于PEO和PE形成了共连续网络结构,MN-PPG薄膜具有优异的形状稳定性、高能量存储密度和良好的热管理能力。 MN-PPG薄膜表面的仿生复眼微纳结构赋予其优异的陷光、超疏水、耐酸碱性、防冰和除冰性能,这意味着太阳能可以被更高效地转化成热量用于发电,同时提高了材料的户外使用适应性。此外,通过集成MN-PPG薄膜、LED芯片和热电模块,建立了多功能能量捕获和循环系统,3个太阳下系统的输出功率和开路电压分别为2.5 W m−2和315.4 mV。 更重要的是,该系统不仅可以对夜间照明LED芯片进行热管理,而且可以将其产生的余热进一步转换为电能,因此实现了全天候的能量捕获与循环利用。这项工作打破了能量收集材料功能单一的局限性,为大规模制备适用于户外环境的仿生能量收集材料提供了新的思路。相关工作以“Bioinspired Micro / Nanostructured Polyethylene /Poly (Ethylene Oxide) / Graphene Films with Robust Superhydrophobicity and Excellent Antireflectivity for Solar–Thermal Power Generation, Thermal Management, and Afterheat Utilization”为题发表在《ACS Nano》上。 团队简介 华中科技大学瞿金平院士团队自2019年组建至今,主要围绕多相多组分体系传递与反应过程强化、生态难消纳物质绿色化替代与再利用、功能材料绿色高效制造与产业化应用开展相关研究工作。团队与国内外众多高校、研究机构和企业保持密切合作,目前在研纵向和横向项目多项,拥有一批先进的高分子材料合成、加工和测试表征仪器设备,具备完善的研究设施和科研条件。 吴婷,博士毕业于华南理工大学机械与汽车工程学院,师从瞿金平院士,2021年入职华中科技大学化学与化工学院,长期致力于聚合物成型加工新方法新装备与功能高分子复合材料研究,在Adv. Mater., ACS Nano, Chem. Eng. J., Small, Compos. Sci. Technol., Compos. Part B-Eng., Compos. Part A-Appl. S., Polymer, Soft Matter等国内外知名期刊上发表学术论文近30余篇,其中一篇入选ESI Top 1%高被引,申请发明专利8项,主持和参与国家自然科学基金、国家重点研发计划等国家和省部级科技项目及横向项目10余项。

2022-10-21

MOFs晶体材料研究集锦

MOFs(MetalorganicFramework)是金属有机骨架化合物的简称,由无机金属中心(金属离子或金属簇)与桥连的有机配体通过自组装相互连接,形成的一类具有周期性网络结构的晶态多孔材料。MOFs是一种有机-无机杂化材料,它既不同于无机多孔材料,也不同于一般的有机配合物,兼有无机材料的刚性和有机材料的柔性特征,在现代材料研究方面呈现出巨大的发展潜力和诱人的发展前景。 MOFs晶体材料的纳米结构和多孔性对其机械、光学、电子和催化性质有着至关重要的影响,控制MOFs晶体的形态、颗粒大小、孔隙率、晶格取向和表面规则性等结构特征能够实现其功能和应用的多样化。 华南理工大学沈葵教授课题组首次提出了一种自下而上的制备策略[1],以三维有序(3DO)大孔聚苯乙烯为限域模板(图1),分别利用低浓度或高浓度前体溶液为原料进行原位生长,成功制备了3DO-ZIF-8球组装的单晶(简称为3DOSA-ZIF-8)和3DO-ZIF-8单晶球组成的阵列(简称为3DOSC-ZIF-8)。 图1.通过控制前体浓度制备3DOSA-ZIF-8和3DOSC-ZIF-8的示意图 由SEM、TEM和STEM图可知,3DOSA-ZIF-8晶体呈十八面体形状,由许多个相互连接良好、直径约为200nm的小球形晶体组装而成;相邻的小球体之间充满了空隙形成一种有利于传质的开放性结构。而3DOSC-ZIF-8是由小球形晶体形成的长程高度有序的阵列,这表明通过3DOM-PS模板制备出来的产品完美地继承了3DO-SiO2的超晶格结构(图2)。同时,该合成策略可以很容易地拓展到包括ZIF-67和HKUST-1在内的其它3DO-MOFs单晶材料的制备。本研究不仅发展了一种用于控制MOFs单晶的生长模式和纳米结构的通用策略,而且也提高了大家对空间限域内MOFs单晶的生长机理的认识。 图2.3DOSA-ZIF-8和3DOSC-ZIF-8的晶格结构 铁基金属有机框架(Fe-MOFs)由于其独特的多孔结构和可调节的活性位点结构,作为候选催化剂在AOPs降解有机污染物应用方面得到广泛关注。然而,Fe-MOFs的多孔结构和活性位点暴露对AOPs的协同作用尚不清晰。 近日,浙江理工大学余德游课题组聚焦新型臭氧催化剂Fe-MOFs晶体演变与催化性能间悬而未决的关系[2],揭示了时间依赖的典型Fe-MOFs——MIL-53(Fe)晶体结构演变对其非均相催化臭氧(HCO)性能的调控作用,发现了HCO活性与结晶时间呈现出独特的火山图关系,阐明了结晶时间对MIL-53(Fe)多孔结构和活性位点暴露的影响,并深入揭示了两者权衡效应是结晶时间对HCO性能调控作用的诱因。 图3.基于时间量程的MIL-53(Fe)晶体结构演变过程 相比基准催化剂α-MnO2和α-FeOOH,结晶时间优化后的MIL-53(Fe)-18H对多种难降解有机污染物及纺织印染二级出水具有更突出的处理效果,研究结果可为Fe-MOFs结构合理设计及在高级氧化技术(AOPs)中的应用发展提供新的思路。 03 南京大学孙为银教授课题组设计发展了几种不同晶面/尺寸可控的MOFs纳米材料的合成策略[3],并开展了光催化活性、选择性与其晶面/尺寸依赖关系的研究。他们结合简单、高效的超声法和溶剂热法制备了暴露高活性晶面{110}的超薄二维钛基MOF材料NH2-MIL-125并在光催化还原二氧化碳中表现出高效性能(图4)。 图4.超薄纳米片的制备工艺及光催化应用原理图 合成的NH2-MIL-125材料为均一的超薄纳米片结构,且晶格与{110}匹配(图5)。该研究将暴露{110}晶面的超薄二维材料与分别暴露{001}、{110}和{111}的三维NH2-MIL-125材料进行了光催化还原二氧化碳实验测试。结果发现暴露{110}晶面的超薄二维NH2-MIL-125展现出了更高的光催化还原二氧化碳的性能。 图5.超薄纳米片NH2-MIL-125的微观结构和形貌 在这项研究中,暴露高活性晶面的超薄MOFs材料为提高光催化还原二氧化碳性能提供了一种新的途径,也为后续发展更高效的MOFs光催化剂开阔了视野。 总的来说,MOFs晶体材料比其它的多孔材料更具有可设计的丰富的结构类型,低密度、永久孔洞、超高的比表面积和可功能化的孔空间等特性。合理设计MOFs材料及其衍生物,可以更好应用于能源存储(氢气储存、甲烷存储、储水)、吸附与分离(二氧化碳捕获、工业气体分离、空气净化、废水处理)、催化(热催化、光催化、电催化)、传感、生物医药(药物运输、血液透析、光动力疗法)等领域。 参考文献 [1] Li, Hao; Qin, Ze; Yang, Xianfeng; Chen, Xiao ; Li, Yingwei ; Shen,Kui ; ACS Central Science (2022), 8(6), 718-728 [2] Hu, Qian; Zhang, Mingyan; Xu, Licong; Wang, Shanli; Yang, Tao; Wu,Minghua; Lu, Wangyang; Li, Yongqiang; Yu, Deyou; Journal of HazardousMaterials (2022), 431, 128575 [3] Guo, Fan; Yang, Mei; Li, Rui-Xia; He, Zong-Zheng; Wang, Yang; Sun,Wei-Yin; ACS Catalysis (2022), 12(15), 9486-9493 相关产品 CAS号 中文名 纯度 1,3,5-均苯三羧酸铁 98% 13778-31-9 水合硝酸铜(II) 99% 141-53-7 甲酸钠 98% 10102-17-7 硫代硫酸钠五水合物 99% 7601-54-9 无水磷酸三钠 96% 10101-89-0 十二水磷酸三钠 98% 6147-53-1 乙酸钴四水物 99.5% 7791-13-1 氯化钴,六水 98% 10025-77-1 三氯化铁,六水合物 99% 7782-61-8 硝酸铁(Ⅲ)九水合物 98% 5593-70-4 钛酸四丁酯 98%

2022-10-21

可逆加成断裂链转移(RAFT)聚合的研究应用与展望

一、研究背景 可逆加成断裂链转移(RAFT)聚合是合成分子量分布窄、分子量精准、拓扑结构可控与端基功能明确聚合物的最常用方法之一,其单体使用范围广、反应条件温和及不含金属催化剂,吸引了研究人员的广泛关注。其中,RAFT试剂的结构对所形成聚合物的结构有显著的影响,直接影响最终聚合物材料的性能。基于此,各种不同结构的多官能RAFT试剂也已成功用于合成各种不同结构的功能聚合物,在诸多领域展现了RAFT聚合的应用潜力。 二、研究应用 1.通过RAFT聚合可控合成“纳米空竹” 2020年,暨南大学Yin Ning教授联合英国谢菲尔德大学Steven P.Armes教授[1]通过RAFT聚合可控合成了一种水溶性的两嵌段共聚物(S50-G49),利用该共聚物修饰得到的金纳米颗粒(S50-G49-Au)作为粒子添加剂可有效地调控半导体氧化锌的形貌和结构,得到一种新型的晶态复合材料(S50-G49-Au@ZnO),其在形状上类似于中国传统的民间游戏--“空竹”(图1)。 图1 水溶性嵌段共聚物(S50-G49)、共聚物修饰金纳米颗粒(S50-G49-Au)以及S50-G49-Au@ZnO“纳米空竹”的合成示意图 2.有机催化乙烯基醚的立体选择性阳离子RAFT聚合 2021年,福州大学Saihu Liao团队[2]在JACS中首次报导了三硫代碳酸酯调控下的高立体选择性、高链端基团保真度的阳离子RAFT聚合,并通过与其它聚合方法结合,实现了含有等规聚乙烯基醚链段的嵌段共聚物的制备(图2)。 图2 乙烯基醚的有机催化、立体选择性、阳离子可逆加成-断裂链转移聚合 此外,Saihu Liao团队使用三硫代碳酸酯类链转移试剂(CTA),PADI还可以催化乙烯基醚的立体选择性阳离子RAFT聚合,制备得到分子量可控、窄分布、高等规度、高链端保真度的乙烯基醚聚合物。并且,PADI的高活性使得催化剂用量可以降低到200ppm以下。该方法还可用于乙基、丙基、正丁基、以及2-氯乙基乙烯基醚的立体选择性RAFT聚合(图3)。 图3 PADI催化乙烯基醚的立体选择性阳离子聚合 3.分散度可定制的序列可控聚合物合成新方法 2021年,瑞士苏黎世联邦理工学院的Athina Anastasaki教授团队[3]在Nature Chemistry中报告了一种简单的、一锅式快速合成序列可控多嵌段聚合物的方法,使用可调节活性的RAFT试剂,按需控制分散性,同时保持高活性,并且理论、实验分子量和定量产率之间具有良好的一致性(图4)。 图4 分散度可控聚合物的合成 4.杂臂星形聚合物的合成 2022年,英属哥伦比亚大学(UBC)Prof.Zachary Hudson,加州大学圣巴巴拉分校(UCSB)Prof.Christopher Bates, 以及悉尼科技大学(UTS)Dr.Qiang Fu等[4]报导了杂臂星形聚合物合成的历史背景和最新研究进展(图5),概述了最新的设计策略、合成技术、避免常见的制备陷阱进行概述,比较了杂臂星形聚合物在药物递送、纳米结构薄膜制备、抗菌剂、热塑性弹性体等方面的应用,最后并分享了该领域未来研究方向的突出挑战和机遇。 图5 利用RAFT(ReversibleAddition–Fragmentation Chain Transfer) 合成杂臂星形聚合物 三总结 近年来,基于良好定义的聚合物体系结构的先进材料和高活性药物的开发是整个工业界、医药界和学术界非常热门的研究方向。受控的自由基聚合技术正受到前所未有的关注,可逆转的失活链生长原理通常被用来制备精密的聚合物产品。可逆加成断裂链转移(RAFT)聚合是这一领域中的重要合成方法,利用硫代羰基硫(TCT)化合物的独特化学性质来控制乙烯基聚合物的自由基链增长[5]。随着近来科研人员对RAFT聚合的研究,出现了引发和外部控制的新方法,同时制备出许多定义明确的有价值的聚合物。应用RAFT聚合,不断开发高性能材料、高活性药物,将带动工业和医疗等领域的发展,也将获得越来越多的科研人员的关注。 参考文献 [1]Y.Ning ,S.P. Armes, Acc. Chem. Res., 2020, 53, 1176−1186. [2]YangZ ,  SaihuLiao , Science China Chemistry, 65(2):304-308. [3]Anastasaki,Athina, Antonopoulou, Maria-Nefeli,Nature Chemistry (2022),14(3), 304-312 [4]Fu,Qiang ,  Bates,Christopher M. Chemistry of Materials (2022), 34(14),6188-6209 [5]MitchellD. Nothling, Qiang Fu, Advanced Science,(2020),7(20), 2001656 相关产品 CAS 中文名 纯度 870196-83-1 2-氰基丙-2-基十二烷基碳三硫代甲酸酯 98% 201611-85-0 2-氰丙-2-基苯甲二硫酸酯 98% 461642-78-4 2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酸 98% 6326-83-6 2,2'-(硫代羰基双(亚磺酰基二))二乙酸 98% 870196-80-8 4-氰基-4-[[(十二烷硫基)硫酮甲基]硫基]戊酸 98% 1158958-92-9 2-[甲基(4-吡啶基)氨基甲硫酰基硫代]丙酸甲酯 98% 201611-92-9 4-氰基-4-(苯基硫代甲酰硫基)戊酸 98% 201611-77-0 2-苯丙-2-基苯甲二硫酸酯 98% 796045-97-1 S-氰甲基-S-十二基三硫代碳酸盐 97%

2022-10-14

2022年诺贝尔化学奖揭晓,沙普莱斯两获诺贝尔化学奖!

北京时间10月5日傍晚,瑞典皇家科学院宣布将2022年诺贝尔化学奖授予美国斯坦福大学西Carolyn R. Bertozzi(凯罗琳·贝尔托西)、丹麦哥本哈根大学Morten Meldal(莫藤·梅尔达)和美国Scripps研究所的K. Barry Sharpless(卡尔·巴里·沙普莱斯)三位教授,以表彰他们对“发展点击化学和生物正交化学”做出的贡献。 继Friedrich Sanger之后,Barry Sharpless成为了第二位获得两次诺贝尔化学奖的科学家,放眼至所有方向,此前获得两次诺贝尔科学奖的也只有包括居里夫人、John Bardeen和Friedrich Sanger在内的三人。此外,Sharpless两次获奖均在本世纪,且仅相隔21年,不得不说是一项殊荣。 2001年,Barry Sharpless因其开发的两个不对称反应方法学——Sharpless不对称环氧化与双羟基化反应,与William Knowles与野依良治共同获得了当年的诺贝尔化学奖,且独占其中的一半。在上述两个反应中,可通过改变催化剂的立体结构,高效获得所需特定构型的环氧/二醇产物,因而可用于各种天然产物和药物的合成工作中。而当年诺贝尔奖的主题——Chirality/手性,也是对这三位获奖者工作的一个精辟总结。 2001 Nobel Chemistry Prize 2001 - Sharpless不对称环氧化反应 2001 - Sharpless不对称双羟基化反应 对于绝大多数人而言,诺贝尔奖更接近于一种终身成就和总结,获奖工作除极少数之外都是在十数年前便已得到公认,甚至有一些做出过巨大贡献的科学家终其一生都未能获得;更不用说,获得过两次诺贝尔奖的科学家是字面意义上的屈指可数,甚至比能在元素周期表上千古留名的还要少见。 Sharpless完全可以在自己60岁获奖后退休安享晚年,但因为获奖后不久的一项独特的工作——叠氮与炔烃的1,3-偶极环加成反应,他从中窥见了无限的可能。因而,他不仅并未就此告别学术舞台,反倒日益奋进,在全球各地的合作课题组均有Sharpless活跃的身影。 最终,在21年之后,他再次得到了诺贝尔奖。 众所周知,成环是碳元素的化学——有机化学中一个独特而重要的领域。 相对于其他元素而言,6号元素碳具有合适的原子半径与电子结构,其化学键的丰富性使得含有碳的化合物——有机物的种类仅以周期表一席之地,便占据了人类已知的绝大多数。同时,碳元素以并不算高的地球元素丰度构建出如今生机勃勃的生物圈,也是生命体的重要组成部分。 在有机物中,一大类代表性化合物是由碳原子和/或杂原子构成的环状化合物。事实上,蛋白质的组成——21种氨基酸中,就包括了5种环状化合物;以及在遗传因子的载体——DNA中,脱氧核糖与全部的ATGC碱基中均含有一个或多个环系。 现今已修正为21种氨基酸,增加了一种含Se的氨基酸 DNA与RNA的碱基结构(ATGC/AUGC) 在各种大小的环状结构中,五元环与六元环是最为常见和稳定的两种环系,在千百万年来的化学进化中,生物体内也积累了海量的环状生物活性分子;与此同时,生物体中大量的非碳原子/杂原子也常常参与环系的形成。因而,对于现今的生物化学和医药领域,研究杂环化合物的合成与反应便显得十分重要且富有挑战性。 而本次的获奖工作中,基于叠氮化合物和炔烃的1,3-偶极环加成反应/Huisgen反应及其改进是点击化学领域的基础与核心,其产物正是一个五元环的杂环三唑化合物。 原版Huisgen反应 事实上,Huisgen早在1961年就报道了这一反应,但一开始,该反应并未受到太多重视。其原因多种多样,包括叠氮化合物的毒性与爆炸性、激烈的加热反应条件、反应的混合产物…… 直到2002年,Meldal与Sharpless分别独立地发现了Cu(I)催化的Huisgen反应,室温下反应物于水性溶液中反应,即可高效获得高纯度产物,且具有极高的区域选择性,可生成所需特定结构的单一产物。 以上论文也是奖金评选与分配的重要依据。 以及,这可能是JOC的最高光时刻之一。 Meldal论文封面图 - JOC Sharpless论文封面图 - Angew. Chem. Int. Ed. 在避免了被Angewandte Chemie拒稿的命运后,Sharpless敏锐地意识到这一方法学的普适性,并开始拓展各种底物与探索反应条件。在充分探索总结后,Sharpless称之为CuAAC反应,也即铜(Cu)催化的叠氮(A)-炔烃(A)1,3-偶极环加成反应(C)。 该反应的效率之高,准确性之强,可以实现指哪打哪的效果,于是乎,在Sharpless夫人的提示下,点击化学/click chemistry这一概念就诞生了。正如快门一声“Kodak”一样,点击化学就像安全带的卡扣般,两部分“Click”一声便可牢固结合,这正是其名字的来源。 时间进入二十一世纪,也就是生命科学的世纪。 在高通量反应系统、计算化学、结构生物学等领域的长足进步下,化学生物学与生物化学的进展突飞猛进。而人类已经不满足于对生物体的静态观测,转而开始探索动态生命过程的追踪方法。 2000年,Carolyn Bertozzi发现,可以通过改造已有的Staudinger反应,同样借助叠氮化合物,修饰细胞膜表面的糖基,以实现对细胞膜表面糖蛋白的标记和追踪。但该反应的效率过低,还有会被生物体氧化代谢的可能,亟需进一步改进。 改进的Staudinger反应 此时,Bertozzi也看到了Sharpless的CuAAC方法学,并试图将该反应搬运至活细胞中。她意识到,该反应的关键——铜催化剂具有较高的毒性,直接使用该反应会导致细胞死亡。实验陷入了瓶颈。 在有机化学的启示下,通过将底物更换为高张力的环辛炔衍生物(后续又采用了反式环辛烯等),由于反应后直线型三键变为键角较小的双键(或环内反式双键变为更自由的单键),释放了底物的环张力,故可大幅提升反应活性,使得该反应在无需外加铜催化剂的条件下即可高效进行,直接盘活了整个流程;同时,该反应去除了毒性催化剂,对细胞甚至生物活体的生理过程几乎没有任何影响,同时生物体内的反应对所要引入的人工反应体系也毫无阻碍,甚至可以实现对生物体的活体荧光标记。 两种高张力环的环加成反应 Bertozzi将其总结为张力驱动的叠氮-炔烃1,3-偶极环加成反应(Strain-promoted Azide-Alkyne Cycloaddition, SpAAC),而后,她也给这一类高效安全的活体内反应取了一个响亮的名字——生物正交反应,意为正如相互垂直/正交的几何关系一样,人工引入的反应体系与生物体内的生化反应之间互不干扰。 活体细胞的标记反应 生物正交反应对斑马鱼活体的荧光标记 而今,Morten Meldal、Barry Sharpless和Carolyn Bertozzi由于在各自的领域创造性运用了叠氮-炔烃环加成反应,并开创了点击化学和生物正交反应这两个全新领域,共同分享了2022年诺贝尔化学奖。 事实上,三位获奖者的研究方向仍然有微妙的区别。Meldal从事传统有机化学反应研究;Sharpless主要从有机反应方法学出发,探索化学生物学与药学等领域;而Bertozzi则是一个生物化学工作者,研究生命体内的动态过程。可能正因如此,并考虑到各自独立的贡献,评奖委员会最终决定三人均分该年度的奖项。 点击化学反应的产物——三唑类衍生物是很多药物分子的重要前体,其结构通过适当的改造可以快速获得多种多样的活性结构,此外其方法学的完备性使得该反应有改造为高通量反应的潜力。因而此反应在有机化学的本职工作与药物制造等领域的潜力巨大。 而生物正交反应可以高效标记生物体内的特定分子,相对于2008年诺贝尔化学奖的成果——绿色荧光蛋白(GFP)而言,小分子标记更加灵活便捷,且影响生物体的生理过程的可能性更低,影响可能更为深远。

2022-10-09

叶萌春课题组甲酰胺的对映选择性Ni-催化C(sp3)-H活化

膦氧配体(phosphineoxide)是非常重要的一类双官能化配体,泛指含有P(O)-H结构的三价膦有机物,相比于普通的三芳基或者烷基膦化物,该类膦化物易于合成且在空气中较为稳定。在合适的条件下,该膦化物的H原子可以从P原子迁移至O原子,形成强配位能力的三取代膦化物,可以用作各类金属的配体,不仅具备传统膦配体的各种功能,成为传统膦配体的完美替代物,而且具备额外的多功能位点,有望为多功能协同催化提供重要的设计平台。 近年来,南开大学叶萌春课题组(课题组主页http://www.yechem.cn/)一直致力于发展锚定催化方法来代替传统的导向活化策略,辅助实现C-H和C-C键的选择性活化。当前,他们在配体桥联的Ni-Al双金属锚定催化方法上取得了一定的进展,通过设计、合成多个骨架系列的膦氧配体(图1),成功实现了各类C-H和C-C键的活化,并成功应用于不对称[3+2]环加成反应(J.Am. Chem. Soc.2017,139,18150.),不对称[4+2]环加成反应(Org.Lett.2020,22,2230.),不对称环化反应(J.Am. Chem. Soc. 2018,140,5360.),氢芳化反应(Nat.Commun.2022,13,2938.),烯基化反应(ACS Catal.2021,11,4606.)等。近日,叶萌春教授团队利用PO-Ni-Al双金属协同催化的模式,使用新型氢化联萘胺膦氧配体(H8-BINAPO),实现了甲酰胺的对映选择性Ni-催化脂肪族C(sp3)-H活化,相关成果发表在Angew.Chem. Int. Ed.上(DOI:10.1002/anie.202209625)。 图1 各类不同骨架的膦氧配体 活泼的C(sp2)-H和C(sp)-H键的对映选择性过渡金属催化活化一直是研究的热点,相对而言,不活泼的C(sp3)-H键的对映体选择性活化面临着巨大的挑战(图2a)。迄今为止,已报道的对映选择性C(sp3)-H键活化反应的例子主要局限于活性较高的贵金属催化剂如Pd、Rh和Ir等,而无法利用3d过渡金属进行催化。鉴于3d金属具有高丰度、低成本和低生物毒性的优势,发展3d金属催化的对映选择性C(sp3)–H键活化反应具有重要的意义,是当前研究的一个热点和难点。 图2 过渡金属催化C(sp3)-H对映选择性活化 最近,南开大学叶萌春课题组利用镍-铝(Ni-Al)双金属协同催化模式,实现了甲酰基C(sp3)-H键对映选择性活化,获得高达95%的ee值,成为3d-金属镍催化C(sp3)-H键的对映选择性活化领域的一个重要突破(图2b)。首先,作者以N,N-二异丙基甲酰胺1a和四辛炔2a作为模板底物,对不同类型的手性膦氧配体进行了考察(图3)。当以部分氢化的BINAPO手性磷氧配体L22作为反应配体,AliBu3作为路易斯酸,在80℃条件下,可得到92%的收率和91%的ee值。通过单晶X-射线衍射分析,确定产物主要对映体的构型为(R)构型。 图3 反应条件优化 随后作者对炔烃的底物范围进行了考察(图4),实验证明:不同的炔烃和芳基炔烃均能顺利进行反应。此外,含有给电子基团或吸电子基团的芳基炔烃等均能被很好地兼容性。作者还发现杂芳基炔烃如含吲哚和噻吩结构也可以参与反应,得到相应的产物。体系中非对称炔烃区域异构体比率通常取决于炔烃的两个取代基之间的体积大小。接下来,作者研究了一系列带有各种取代基的甲酰胺(图5)。当N-取代基为叔丁基时,以46%的产率和90%的ee顺利获得所需产物4a,但伴随着一定量的副产物生成。该副产物是通过活化叔丁基的C-H键生成的,产率为42%。随着N-取代基的空间位阻增加时,副产物也在逐渐减少。此外,含有N-取代基的芳烃也具有很好的反应耐受性。亚甲基C(sp3)-H键虽然具有较大的空间位阻而不易被过渡金属活化,但在该体系中依然能被顺利活化(5j和5k)。 图4 底物拓展-炔烃 图5 底物拓展-甲酰胺 为了验证反应的实用性,作者对产物进行了应用拓展。通过该体系合成出的4f经过两步即可得到具有重要生物活性Piperlongumine衍生物。接着作者对反应机理进行了探索,使用氘标记实验以确定底物1b的两个C-H键活化的动力学同位素效应,结果表明C(sp3)-H键活化可能是一个速率决定步骤。基于之前的外消旋反应和相关DFT计算,以及作者在PO–Ni–Al催化方面的经验,作者对反应提出可能的催化循环:PO连接Ni–Al催化剂首先与甲酰胺1a和炔2a配位。然后发生甲酰基C–H键断裂,通过氧化加成或H转移形成中间体A。随后,C(sp3)–H键断裂生成中间体B。最后,炔烃插入和还原消除提供了所需产物并使催化剂再生。 图6 应用与机理 叶萌春教授简介 叶萌春,南开大学元素有机国家重点实验室教授,博士生导师。2001年,兰州大学化学化工学院获得学士学位,2006年,师从中科院上海有机化学研究所唐勇院士,获得理学博士学位。2008年,赴美国Universityof North Carolina at Chapel Hill医学院HengmingKe课题组从事博士后研究,学习结构基础的药物设计。2009年,转赴美国Scripps研究所Jin-QuanYu课题组从事C-H键活化研究。2014年受国家青年人才计划资助,受聘于南开大学化学学院,从事独立科研工作,主要进行有机合成方法学和不对称催化研究。在惰性化学键活化如C-H和C-C键的活化和廉价金属催化领域开展了原创性研究,提出了底物和配体锚定催化的仿生催化模式,发展了新型膦氧配体协同的Ni-Al双金属催化剂,为惰性化学键的不对称催化转化做出了贡献。至今在Nat.Chem.,Nat.Comm.,J.Am. Chem. Soc.,Angew.Chem. Int. Ed和CCSChem.等顶级化学期刊发表论文50余篇,总引用2300余次。2017年获ThiemeChemistry Journal Awards,并先后担任《中国化学快报》、《中国科学:化学》和《ACS Catalysis》等期刊的青年编委。 参考文献 1.Wang, Y., Zhang, F., Chen, H., Li, Y., Li, J. and Ye, M. (2022),Enantioselective Nickel-Catalyzed C(sp3)−HActivation of Formamides.Angew. Chem. Int. Ed.2022.DOI:10.1002/anie.202209625. 2.Q.-S.Liu, D.-Y. Wang, Z.-J. Yang, Y.-X. Luan, J.-F. Yang, J.-F. Li, Y.-G.Pu, M. Ye, Ni–Al Bimetallic Catalyzed EnantioselectiveCycloaddition of Cyclopropyl Carboxamide with Alkyne. J.Am. Chem. Soc.2017,139,18150. 3.Y.-X.Wang, S.-L. Qi, Y.-X. Luan, X.-W. Han, S. Wang, H. Chen, M. Ye. J.Am. Chem. Soc. 2018,140,5360. 4.Y.-X. Wang, F. P. Zhang, Y.-X. Luan, M. Ye, Ligand-Enabled Ni−AlBimetallic Catalysis for Nonchelated Dual C−H Annulation ofArylformamides and Alkynes. Org.Lett.2020,22,2230. 5.S.-L.Qi, Y. Li, J.-F. Li, T. Zhang, Y.-X. Luan, M. Ye, Ni-Catalyzed DualC-H Annulation of Benzimidazoles with Alkynes for Synthesis ofpi-Extended Heteroarenes. Org.Lett.2021,23,4034. 6.R.-H.Wang, J.-F. Li, Y. Li, S.-L. Qi, T. Zhang, Y.-X. Luan, M. Ye. ACSCatal.2021,11,858. 7.H.Chen, Y.-X. Wang, Y.-X. Luan, M. Ye, Enantioselective Twofold C−HAnnulation of Formamides and Alkynes without Built-in ChelatingGroups. Angew.Chem. Int. Ed.2020,59,9428. 8.G. Yin, Y. Li, R.-H. Wang, J.-F. Li, X.-T. Xu,* Y.-X. Luan,* M. Ye,*Ligand-Controlled Ni(0)−Al(III) Bimetal-Catalyzed C3−HAlkenylation of 2‑Pyridones by Reversing ConventionalSelectivity. ACSCatal.2021,11,4606. 9.S.-L.Qi, Y.-P. Liu, Y. Li, Y.-X. Luan, M. Ye,* Ni-catalyzed hydroarylationof alkynes with unactivated β-C(sp2)−H bonds. Nat.Commun.2022,13,2938. 相关产品 CAS 中文名 纯度 854929-38-7 1,3-二叔丁基-1,3,2-二氮杂磷啶-2-氧化物 95%

2022-09-28

有机合成重大突破!华中科技大学,再发Nature!

化学与化工学院钟芳锐、吴钰周教授团队 Enantioselective [2+2]-cycloadditions with triplet photoenzymes         酶是自然界漫长演化形成的高效生物催化剂,但往往仅适用于专一的底物和天然的生命化学反应,难以满足社会生产对多样性功能化学品的合成需求。近年来,随着合成生物学理论与技术的发展,通过在蛋白中人为设计和引入非天然活性中心构建人工酶,能够极大地拓展酶的催化反应性,从而实现更多样化非天然有机化学品的生物催化合成。虽然自然进化形成的生物酶数量和种类繁多,功能多样,但绝大多数都是基于热化学驱动活化机制。能受光驱动的天然光酶十分稀缺,目前已经发现的光酶仅有光合作用相关的原叶绿素酸酯还原酶、修复DNA损伤的光裂合酶、脂肪酸脱羧酶等少数几种。将合成化学发展的光催化剂和光催化机制融合到蛋白中构建新型人工光酶,能突破天然酶热催化机制的局限,从根本上拓展生物催化的反应类型,为重要功能化学品的绿色生物制造提供新的理论和技术。         另一方面,手性与生命现象密切相关,也显著影响物质的性能。手性分子的精准合成能为医药、农药、信息和材料领域的发展提供核心技术支持。不对称催化是制备手性分子十分高效的途径,这一领域的研究在过去半个世纪里已经取得了巨大的进展。然而,在激发态进行的光化学反应的手性控制仍然是一个巨大的挑战。 “三重态光酶”的艺术示意图        针对上述问题,钟芳锐、吴钰周团队提出了“三重态光酶”的概念,通过合成生物学前沿技术开发了一类全新的人工酶,为激发态光反应的手性催化合成提供了一种原创性方案。团队基于有机合成、基因工程、蛋白质工程、酶理论计算和结构生物学等交叉学科背景,将合成化学发展的二苯甲酮类优异光敏剂通过基因密码子拓展技术定点插入到选定蛋白的手性空腔中,构建了含非天然催化活性中心的人工光酶TPe。由于二苯甲酮独特优异的三重态光物理性质,该光酶具有能量转移催化的非天然功能和作用机制,能催化底物从分子基态跃迁到激发态发生光反应。从化学改造构建的第一代三重态光酶TPe1.0,团队通过四轮突变迭代优化酶的氨基酸残基和反应空腔结构,建立了突变体文库,完成了光酶的定向进化,最终获得了优异的突变体TPe4.0。该光酶能高效催化吲哚衍生物的分子内[2+2]光环加成反应,所获得的环丁烷并吲哚啉类产物具有良好的底物普适性和手性选择性(可以获得大于99%的单一手性异构体)。陈希团队通过X-射线解析光酶与底物配合物的单晶结构,阐明了反应优异的手性选择性来源于光敏剂和周边关键氨基酸残基与底物之间形成的氢键等多重弱键协同作用。 三重态光酶(TPe)催化能量转移[2+2]光环加成反应示意图         这项研究表明,通过将三重态能量转移的光催化机制与蛋白质的精细超分子腔相结合,人工三重态光酶集成了化学光催化剂的高效反应性和生物催化剂的精准选择性两者的优势,为有机分子激发态反应的手性选择性调控提供了有效的手段,也从根本上拓展了酶催化的反应性。随着计算辅助的人工酶理性设计能力的不断提升和基因密码子拓展技术的进一步发展,更多结构和性质独特的化学光敏剂将被引入蛋白创造新的非天然光酶,从而丰富光驱动生物催化的功能和应用范围。因此,研究团队提出的“三重态光酶”这一概念有希望应用于其它更多类型的不对称光催化反应。        该论文是吴钰周、钟芳锐团队在化学生物学和有机合成化学交叉领域取得的突破性成果。 作者简介         吴钰周,华中科技大学化学与化工学院教授,博士生导师。先后于浙江大学、新加坡国立大学、和德国乌尔姆大学获得学士、硕士和博士学位。2013年5月-2016年9月先后担任德国乌尔姆大学和马普高分子研究所课题组长,2016年9月起任华中科技大学化学与化工学院教授,兼任马普高分子研究所课题组长,2019年任国家重点研发计划青年项目首席科学家。2019年吴钰周教授课题组被遴选为德国马普学会国际伙伴研究小组。吴钰周教授主要从事功能生物大分子材料领域的研究,主要方向包括蛋白质及核酸衍生的智能生物纳米材料、纳米医药及靶向药物载体、DNA折纸材料与纳米医学和人工酶合成生物学。研究成果已在国际权威期刊发表论文60余篇,第一及通讯作者在包括J. Am. Chem. Soc.,Angew. Chem. Int. Ed., Acc. Chem. Res., Adv. Func. Mater.,ACS Nano, Nano Lett.等期刊发表论文30余篇,多篇文章被选做期刊封面,并被Nature等期刊大篇幅引用评述。

2022-09-28