基因组DNA除A、G、T、C四大经典碱基外,还存在上百种稀有碱基。其中,醛基嘧啶(5-醛基胞嘧啶和5-醛基尿嘧啶)是DNA中天然存在的嘧啶类修饰碱基,在哺乳动物细胞中广泛分布。5-醛基胞嘧啶除参与DNA主动去甲基化过程外,还具备独立的表观遗传功能;而5-醛基尿嘧啶通常被认为是一种基因毒性很高的DNA氧化损伤。根据醛基嘧啶的特征结构,有针对性地开发准确、灵敏和简便的检测方法,从全基因组范围内对他们进行定性、定量和区域定位,是进一步明确这类碱基修饰物调控机制的基础和前提。本文从选择性化学标记的角度总结了近年来醛基嘧啶检测方法的研究进展。

冠醚作为第一代大环主体分子,具有柔性的空腔,因其对金属离子、有机阳离子的络合作用而被广泛用于构筑超分子组装体。磺化冠醚是一种水溶性良好的阴离子型冠醚衍生物,相比于冠醚,它具有更多的键合位点,对金属离子、有机阳离子具有更强的键合和良好的选择性。本文从磺化冠醚的合成,对碱金属离子、镧系金属的络合,对有机阳离子客体的组装等方面介绍了磺化冠醚的研究进展。然后从热力学、晶体结构学的角度综合分析了磺化冠醚键合与组装的模式及驱动力。最后讨论了磺化冠醚的分子键合与组装发展所面临的挑战,并对其应用前景进行了展望。

疏溶剂作用、氢键、静电作用、卤键和配位作用等非共价键作用力都可以用于控制芳香大分子和超分子的折叠和螺旋,由此形成的芳香聚合物螺旋管内径尺寸相对固定,内穴深度可调,作为主体分子可以识别或包结多种客体分子,通过络合能够产生手性诱导与传递和跨膜输送功能,也能够促进有机化学转化等。本文综述了由芳香砌块构筑的这类大分子和超分子螺旋管的构筑和功能。首先介绍了通过不同策略形成管状结构的背景,以及超分子和大分子方法的特点,着重介绍了由芳香酰胺、酰肼、三唑和乙炔重复链段的不同低聚物分子形成的分子管,并总结了形成超分子管的自组装策略,最后讨论了长高分子管的合成挑战以及这种结构独特的结构家族的新的潜在应用。

本文主要介绍了一系列基于二茂铁骨架的三齿配体:f-amphox、f-ampha、f-amphol和f-amphamide的合成及其应用。这四类手性膦氮配体的铱络合物可以高活性(TON高达1 000 000)、高转化率(>99%)、高对映选择性(>99% ee)地催化(官能团化)酮等底物的不对称氢化反应。该系列配体成功地应用于地诺帕明、苯福林和沙丁胺醇等手性医药中间体的不对称合成。与传统路线相比,这些合成方法更高效,副产物更少,“三废”排放量更低。

CO₂的过度排放导致全球环境问题日益严重,如何将CO₂有效地利用起来成为全世界的研究热点。相比于高耗能的CO₂捕获和储存(CCS)技术,通过催化反应将CO₂转化为有价值的能源燃料是同时解决能源危机和环境问题的有效途径。其中,使用太阳能作为能量来源的光催化CO₂还原技术更具应用前景。但是目前CO₂光还原催化剂仍然存在很多缺点,如可见光响应能力低、光生电子空穴对复合严重、CO₂吸附量小、产物的选择性低以及在含水环境中的产氢竞争反应等。金属-有机框架(MOFs)是由金属离子/簇和有机配体构成的一类独特的多孔晶态材料,具有可调的多孔结构、电子迁移速度快、CO₂吸附量大等优点,在光催化CO₂还原领域具有广阔的应用潜力。现有方法主要是通过对MOFs的功能化修饰、与其他功能型材料复合等获得高效的光还原CO₂的催化性能。本文主要对近年来MOFs基CO₂光还原催化剂(单一MOFs、MOFs基复合材料以及MOFs衍生材料)的研究现状进行了分析和讨论,并对MOFs材料在光催化CO₂还原中的发展趋势进行了展望。

吡唑-5-酮类化合物在具有生物活性化合物中占有重要地位,该类化合物得到化学家们的广泛关注。吡唑-5-酮及其常见衍生物具有多个反应位点,可参与多种类型的不对称反应(如不对称加成反应、不对称环化反应和其他不对称反应类型)。本文主要从吡唑-5-酮类化合物参与的不对称催化反应类型进行分类,阐述了各类底物参与的反应类型及其主要反应位点,对近年来吡唑酮及其常见衍生物参与的不对称反应研究进展进行总结,并对其未来发展方向进行展望。

自从L-脯胺酰胺被发现能高效催化不对称aldol反应以来,手性氨基酸酰胺催化剂的设计及不对称催化研究一直受到关注。特别是“烯胺-双氢键”模型的提出为设计新型有机小分子催化剂提供了理论依据,使催化剂的结构设计趋于多样化。本文重点总结了含有单氢键给体、双氢键给体及多氢键给体的氨基酸酰胺催化的不对称催化反应,主要包括不对称直接aldol反应、Mannich反应、Michael加成反应、环加成反应、串联环化反应、Biginelli反应等方面的研究进展。

烯烃的Heck反应经过几十年的发展已日趋成熟,但相应的钯催化有机卤化物与烷基炔的Heck反应生成联烯虽然有着原料简单易得的优点,但发展严重滞后。这一方面是由于活性中间体烯基钯自身难以发生β-H消除,导致其更容易发生质子化反应、碳卤化反应以及串联反应等竞争性反应,另一方面,联烯异构化以及非对称烷基炔的区域选择性问题同样限制了烷基炔Heck反应的研究进展。目前能高效促进烯基钯中间体β-H消除的方法主要有提高反应温度、芳基卤化合物引入取代基和改变配体等。本文主要叙述烷基炔的Heck反应过程中涉及到的烯基钯β-H消除生成联烯以及质子化反应、碳卤化反应和串联反应等竞争性反应,最后总结该反应存在的问题,并对其研究方向进行展望。

醌酶是一类以邻醌结构作为辅酶因子,能够参与生物体内醇类和胺类氧化代谢的氧化还原酶。在醌酶发现之初,由于其独特的氧化能力就备受化学家关注。在过去的二十年间,有机化学家受到醌酶中铜胺氧化酶的启发,设计发展出多种用于胺类化合物氧化的小分子邻醌催化剂。这些催化剂不仅能够模拟铜胺氧化酶的氧化能力,更有一些显示出了超越醌酶的反应活性,将底物从伯胺拓展到了α-支链伯胺、仲胺、叔胺等等。此外,在最近十年内,新发现的以稀土元素为中心金属的甲醇脱氢酶更是极大地拓展了醌酶的种类与范围。本文将对醌酶进行概述,主要介绍以此为基础的仿生邻醌催化的研究进展,并展望邻醌催化的未来发展。

邻菲罗啉是一类经典的双氮配体,可与多种过渡金属形成稳定的络合物,被广泛用于催化有机合成反应中。铁系元素(铁、钴、镍)具有自然丰度高、价格低廉、生物兼容性好、催化性能独特等优点,其络合物是理想的备选催化剂。近年来,邻菲罗啉类配体在铁系元素催化的有机反应中得到越来越多的应用,表现出独特的配体效应。在本文中,我们系统梳理了邻菲罗啉类配体在铁系元素催化有机反应中的应用研究进展,并对该领域的未来发展进行了展望。

糖类是自然界中最丰富的有机化合物,在医药、材料、能源和环境等领域发挥着重要作用。糖类化合物的分子极性大、结构复杂且存在微观不均一性,分离纯化难度极大,其合成问题已成为制约糖科学发展的瓶颈,发展高效的糖类化合物合成新方法是糖化学研究的核心内容。利用光子/电子能量驱动的反应通常能在温和的条件下发生,符合绿色化学理念和可持续发展要求,是当代有机合成化学中的研究热点之一。近些年,随着光电合成技术的进步,光/电驱动的糖化学反应也得到了快速发展。本综述从反应类型、反应机理以及研究现状方面较为系统地总结了光/电驱动的糖化学反应的研究进展,并在此基础上概括了光电驱动的糖化学反应目前面临的挑战及新的机遇。

稠杂芳烃的合成是有机化学的重要研究内容之一,对有机光电功能材料和器件研究具有重要意义。C—H键是有机化合物中最广泛存在的化学键。利用C—H键的断裂与重组成键直接构筑稠杂芳烃具有简洁、高效的优势,能够解决传统合成方法在底物制备和产物结构类型方面的局限。本文对近六年来,本课题组在基于导向过渡金属催化(杂)芳环与(杂)芳环之间的C—H/C—H氧化交叉偶联/分子内环化反应策略构筑稠(杂)芳环方面所做的系列工作进行了评述,重点讨论了有关反应的特点、优势和催化机理,并对该策略在新型有机光电材料开发中的应用进行了阐述。最后,对该策略目前存在的问题进行了总结,并展望了其发展前景。

完全由sp²杂化的碳原子所构成的同素异形体呈现出或平坦或弯曲的面,该表面的曲率反映了碳纳米结构的整体几何特性。完全由六元环构成的石墨烯的曲率为零;由六元环和五元环共同构成的富勒烯的曲率为正;向碳原子的六边形网格中引入七元环或八元环则产生形如马鞍的面,其曲率为负。具有负曲率的三维周期性碳结构被命名为马凯晶体或碳施瓦茨体,是碳纳米科学研究长期追寻的目标,然而至今仍未被确定无疑地合成出来。为精确合成具有负曲率的碳纳米结构,一种至下而上的策略是先合成具有负曲率的稠环芳烃,再以其为模板或单体来制备更大的碳纳米结构。具有负曲率的稠环芳烃可以通过向稠环骨架中引入七元或八元环来设计、合成,表现出一些平面稠环芳烃所不具有的结构特征与性质。本文以包含八元环的稠环芳烃为例,介绍具有负曲率的稠环芳烃的设计、合成、立体动力学及其他特征,并展望具有负曲率的碳纳米结构的新研究方向。

合成砌块策略是天然产物生源合成的基本策略之一。对映纯天然手性合成砌块,由于价廉、易得,在天然产物的对映选择性全合成中获得广泛应用。这一策略,兴起于四十年前,至今仍是复杂分子对映选择性全合成的重要工具。L-苹果酸是一种价廉易得的天然手性源,D-苹果酸虽然价格稍贵,也是一种商品化试剂。苹果酸所包含的四个碳原子均可被转化或官能化,因而被广泛应用于各类天然产物的对映选择性全合成。本文综述了L-和D-苹果酸在有机合成中的应用进展:归纳总结了从苹果酸衍生的多种C₄手性合成砌块,重点评述了近年来这些合成砌块在复杂天然产物全合成中的应用,结合作者实验室的工作介绍基于苹果酸的新型合成方法学研究进展,并对基于苹果酸的合成方法学的发展进行了展望。