对映-贝壳衫烷类二萜是陆生植物二萜中种类最为繁多、分子结构和生物活性最为多样的一类天然产物。近年来研究表明,该家族的一些成员具有抗菌和抗肿瘤等活性。这类四环二萜分子可通过分子内环化、氧化断裂和降解重排等方式,转化为复杂的分子骨架。这些天然产物重要的生理活性与多变的骨架结构引起了国内外合成化学家的浓厚兴趣,已经成为全合成研究的又一类热门分子。本文总结了2014年以来国内外学者关于对映-贝壳杉烷型二萜的合成报道,根据这类分子的不同结构类型分别进行阐述。

本文系统总结了糖苷化亚氨基糖的分离、合成方法与生物活性。天然存在的糖苷化的亚氨基糖根据其亚氨基糖部分的结构可以分为五类,大部分均具有重要的生物活性,尤其是糖苷酶抑制活性。此类化合物潜在的药理活性促进了相关合成方法的研究,根据糖苷键的构建方式大致可以分为酶催化的转糖基化反应和化学合成法,两者主要区别在于反应条件。酶催化的转糖基化反应条件温和,且能够减少保护基的使用,但在反应效率和选择性上仍需改进。化学合成法普适性高,有大量普通糖苷的合成经验可供借鉴,但存在反复上保护-脱保护的问题。通过以上两种合成方法,大量衍生物和类似物被设计和合成出来,大大丰富了糖苷化亚氨基糖的种类和生物活性。糖苷化亚氨基糖的生物活性往往与糖基结构和亚氨基糖环均有密切关系。作为传统糖化学与亚氨基糖的交叉领域,糖苷化亚氨基糖的结构多样性为发展高活性和选择性的先导化合物提供了优良的修饰骨架。因此,此类化合物有望在相关新药创制领域得到重要应用。

作为荧光传感材料,荧光聚合物不仅具有传感单元多、荧光亮度高、光稳定性好等特点,而且方便制备荧光传感薄膜,易于实现器件化,在爆炸物荧光检测中得到了广泛的研究与应用。近年来,随着荧光聚合物从传统的线型结构向支化和多孔网络结构的拓展,以及各种功能单元的引入,大量的新型荧光聚合物有效地提升了爆炸物检测的灵敏度、选择性和响应速度等性能。本综述从线型聚合物、支化聚合物、多孔聚合物三类体系出发,总结和评述了用于爆炸物荧光检测的线型共轭与非共轭聚合物、树枝状分子与超支化聚合物、无定形与结晶型多孔聚合物等典型体系的分子结构设计策略、功能特点以及传感性能,并展望了荧光聚合物未来在爆炸物检测应用中所面临的机遇和挑战。

偶氮类化合物是一类具有合成简单,异构化速率和转化效率高,耐光漂白的反式-顺式(E/Z)光异构化化合物。由于其光异构特性及其可以与大环主体形成稳定包合物,偶氮类化合物在许多领域展现出巨大的应用潜力。在本篇综述中,我们介绍了近年来偶氮功能基修饰的单环糊精、偶氮苯桥联双环糊精、冠醚衍生物以及偶氮类芳香大环化合物等作为主体,或偶氮苯及其衍生物为客体通过主客体相互作用构筑的光刺激响应的超分子组装体系在拓扑形貌调控、药物传递、智能材料等方面的设计原理、组装机理、应用和发展趋势。同时,我们也讨论了此类超分子组装体发展所面临的机遇和挑战,并希望可以进一步促进智能超分子组装体系的发展。

超分子组装提供了药物输送体系设计的新原理。以高效的分子间非共价键作用为驱动力,超分子药物输送体系能够利用结构简单的分子单体获得精确的成分控制,并使得载体结构易于预测,形貌与体积易于调控,有利于实现药物的控制释放。本文首先总结超分子药物输送体系的研究背景,之后重点介绍基于环糊精、杯芳烃、柱芳烃和葫芦脲的主-客体体系的超分子药物输送体系的构建与药物输送功能,然后介绍水溶性的超分子有机框架在药物输送方面的应用,最后提出了超分子药物载体实用化需要克服的若干挑战性问题。

光响应离子液体是一类兼具光刺激响应和离子液体双重特性的功能材料。在紫外/可见光照下,这类“智能型”离子液体的结构会发生变化,从而引起物理化学性质和相关体系性能的显著变化,以满足某些特定过程的需要。光刺激具有信号稳定、刺激部位精准、可快速切换、刺激过程不引入其他物质等优点,在刺激响应离子液体的结构与性质调控中具有独特的优势。本文以光响应离子液体的结构-性质-性能关系为主线,对光响应离子液体的光致异构化、物理化学性质调制、簇集行为调控、光致相转移及离子液体参与构筑的光响应乳液相行为调控等方面的研究进展进行了评述,分析了该领域研究中存在的主要问题,并对其发展前景进行了展望。

不含大共轭结构的非典型发光化合物因其理论研究的重要性和潜在应用前景引起研究者的广泛关注。非典型发光化合物的结构通常含有N、O、S、P等杂原子,C≡N、C=O、C=C等不饱和单元,及相应的组合功能团(如羟基、胺基、酯基、酐、酰胺、脲基、肟基、砜基等)。近年来,尽管这一领域正快速发展,其发光机理仍存争议。前期,我们提出了簇聚诱导发光(CTE)机理,即含π电子和/或孤对(n)电子的非典型生色团的簇聚及其带来的空间共轭使体系离域扩展,构象刚硬化;同时,其他分子内/间相互作用也有利于簇生色团的刚硬化,从而易于受激发射。基于CTE机理,本文综述了非典型发光化合物的发光特性,包括浓度增强发光、聚集诱导发光(AIE)、激发波长依赖性及磷光发射。CTE机理可合理解释天然产物、合成化合物、生物分子等不同体系的光物理行为,并可用来指导发现和设计新的非典型发光化合物。本文总结了上述不同体系的发展,并对未来研究进行了展望。

组织再生材料为细胞、组织的生长提供必要的物质基础,维持再生组织的形状和力学性能,并实现与周围组织的有机整合。其中,材料-细胞的相互作用是组织再生材料的核心问题。组织再生材料表界面的物理结构和化学性能可以直接影响细胞的黏附、铺展、增殖、迁移和分化等行为,进而影响组织修复和再生的效果。多数组织和器官具有立体结构,并具有更为精细的微结构。因此,三维组织再生材料体系的构建及其微结构调控是另外一个重要问题。本文结合本课题组近年的工作,综合国内外最新研究成果,重点介绍了生物材料表界面物理结构和理化性质对微粒吞噬、细胞黏附的影响、梯度材料对细胞黏附和定向迁移的作用、3D水凝胶中的细胞迁移行为及特点,以及用于皮肤和软骨组织修复与再生的植入材料,最后对生物材料在组织再生中的研究与应用进行了展望。

因高能量密度和高能量转换效率,锂离子电池已被广泛应用于便携式电子设备和电动交通中。富锂层状结构氧化物以高达300 mAh·g^-1的可逆容量成为能量密度350 Wh·kg^-1及以上动力锂离子电池的重要候选正极材料。但是,欲使这类材料获得实际应用,就必须解决循环过程中结构衰退带来的一系列问题。本文重点介绍近几年来笔者所领导的研究组通过元素筛选实现材料的表面和体相掺杂,通过全新的结构设计稳定材料结构和性能方面的努力。同时,为使读者对国内外重要研究组在相关方面的研究进展也有所了解,我们也将从元素替代、结构一体化表面修饰(包括多层表面修饰和浓度梯度材料)、表面包覆和表面掺杂等方面介绍他们的重要研究成果。最后,将对该类材料的未来发展方向作出展望并给出我们的一些思考。

低浓度大体量复杂溶液中目标物的高效、精准、可控分离是当今化工分离科学领域的世界前沿课题。固相萃取技术目前用于低浓度复杂体系工业分离面临两方面挑战:一方面是高选择性精准捕获与温和绿色解吸难以兼具。另一方面是固相萃取技术缺少规模连续化分离的高效分离工艺设备。本文综述了为解决当前固相萃取技术存在的问题,实现低浓度复杂体系的高效精准和可控分离,新型环境响应固相萃取技术,磁场响应固相萃取技术以及电场、超声场辅助固相萃取技术取得的研究进展。最后,关于该应用领域固相萃取技术的研究发展方向进行了展望。本文对外场强化环境响应固相萃取技术的关键科学问题,包括环境响应问题、可控分离问题和过程放大问题进行了深入探讨,并对相关领域的发展提出了措施与建议。