本期封面为2024年诞辰100周年的8位化学领域的院士肖像手绘图,这8位院士分别是闵恩泽、谢毓元、林尚安、朱起鹤、袁承业、陆婉珍、周同惠和戴立信先生,他们对我国化学研究领域的贡献,如熠熠星光照亮后世,本期我们出版《化学人生·百年》专刊,以此来纪念他们的成就与精神。
程远征, 李木子, 王瑞祥, 祝龙浩, 沈文杰, 邹馨璇, 顾庆, 游书力. 去芳构化反应的发展与展望[J]. 化学进展, 2024, 36(12): 1785-1829.
Yuan-Zheng Cheng, Muzi Li, Rui-Xiang Wang, Long-Hao Zhu, Wen-Jie Shen, Xin-Xuan Zou, Qing Gu, Shu-Li You. The Development and Perspective of Dearomatization Reaction[J]. Progress in Chemistry, 2024, 36(12): 1785-1829.
芳香化合物是一种大宗化学品,价廉易得。其芳香性去除或减弱的转化过程被称为去芳构化反应。该反应可以快速获取螺环、并环、桥环等环状化合物,有效拓展化学空间, 实现三维立体分子构建,在天然产物合成和医药研发中发挥重要作用。近二十年来,去芳构化反应吸引了众多研究者的兴趣,过渡金属催化、小分子催化、酶催化、可见光催化、电催化等去芳构化体系被建立起来。通过去芳构化反应,吲哚、吡咯、(苯并)呋喃、(苯并)噻吩、(异)喹啉、吡啶、苯、萘等多种芳香化合物转化成了结构丰富的多环分子,大大缩短了一些天然产物的合成步骤。形式多样的亲核试剂、亲电试剂、偶极子、自由基、卡宾等偶联试剂不断被开发出来,为去芳构化反应提供了多样的官能团来源。本文概述了去芳构化反应的发展历程,按照芳香化合物的种类,总结了已发展的去芳构化反应体系,分析了当前去芳构化反应中存在的问题和挑战,并对发展趋势进行了展望。
程敏, 张丽娟, 徐西玲, 高蕻, 郑卫军. 重要小分子的光解离和光电离微观动力学[J]. 化学进展, 2024, 36(12): 1830-1848.
Min Cheng, Lijuan Zhang, Xiling Xu, Hong Gao, Weijun Zheng. The Photodissociation and Photoionization Dynamics of Some Important Small Molecules[J]. Progress in Chemistry, 2024, 36(12): 1830-1848.
小分子光解离和光电离的微观反应机理研究,是分子反应动力学研究领域的核心和焦点之一,具有重要的理论意义和应用价值。它不仅可揭示分子与光相互作用的物理化学本质,还有助于从量子层次认识化学反应并最终调控化学反应过程。本文系统回顾了朱起鹤院士团队多年来在该领域取得的研究成果。他们利用自主研制的多台分子光解碎片平动能谱仪,通过测量光解碎片的平动能分布和空间角分布,深入研究了一系列卤代烃在A带的光解动力学特性,揭示了其光解规律和微观反应机理。利用自行搭建的共振增强多光子电离和质量解析阈值电离光谱仪,结合量子化学计算,他们系统研究了一系列苯衍生物在不同电子态的几何构型、振动光谱、跃迁能和电离能等,总结了多卤素效应、取代基效应、构象异构效应等对分子性质及其光谱的影响规律,为揭示分子激发态、离子态的特性提供了重要信息。这些研究不仅深化了对化学反应微观机理的理解,还为大气化学、环境化学、生物化学和材料科学等领域的实际应用提供了重要的理论依据。
张小飞, 杨春皓. 抗骨关节炎小分子药物研发进展[J]. 化学进展, 2024, 36(12): 1849-1858.
Xiaofei Zhang, Chunhao Yang. Recent Development of Small Molecule Drugs for the Treatment of Osteoarthritis[J]. Progress in Chemistry, 2024, 36(12): 1849-1858.
骨关节炎是中老年人常见的退行性疾病,其病变涉及整个关节,如软骨、软骨下骨和滑膜等。虽然已有一些上市药物可用于缓解骨关节炎导致的疼痛,但治疗效果有限,且存在一定程度的不良反应。目前除了骨关节炎晚期的人工关节置换术,对于早、中期的骨关节炎尚无有效的药物能延缓疾病进展。骨关节炎在临床治疗中面临巨大的用药需求,但相关药物研发进展相对缓慢。本文着重对骨关节炎治疗小分子药物的研发进展进行综述,以期为骨关节炎相关药物研发人员提供借鉴。
张晓昕. 绿色化学研究与典型工业实践[J]. 化学进展, 2024, 36(12): 1859-1873.
Xiaoxin Zhang. Green Chemical Technology for the Synthesis of Basic Organic Chemicals[J]. Progress in Chemistry, 2024, 36(12): 1859-1873.
化学工业的快速发展促进了全球的经济增长,但随着化工生产过程中化石能源的大量消耗,也带来无法忽视的环境污染和气候变化等问题。闵恩泽院士自1990年起,致力于绿色化学的导向性基础研究,在传统的石油化工领域引入和集成新材料、新工艺与新过程,主持和指导多项国家重大基础研究项目的实施,积累相关绿色化学的新科技知识,为绿色炼油和石化新工艺奠定了基础,形成了多个影响深远的绿色化工技术,有力地推动了石油化工绿色技术的发展。本文总结了近30年来在闵恩泽院士奠基的催化新材料及绿色化学新知识基础上形成的绿色化工技术实践案例:己内酰胺绿色生产技术、流化床过氧化氢技术、过氧化氢法制环氧丙烷成套技术及环己烯酯化加氢制环己酮绿色合成技术。这些凝练了催化材料与化学工程的创新实践取得的结果和经验将为新技术革新提供基础和借鉴。
杨健, 刘宇, 李敬岩, 陈瀑, 许育鹏, 刘丹, 褚小立. 现代光谱融合分析技术研究进展与展望[J]. 化学进展, 2024, 36(12): 1874-1892.
Jian Yang, Yu Liu, Jingyan Li, Pu Chen, Yupeng Xu, Dan Liu, Xiaoli Chu. Research Progress and Prospects of Modern Spectral Fusion Analysis Technology[J]. Progress in Chemistry, 2024, 36(12): 1874-1892.
多光谱融合是现代光谱分析技术的一个重要研究和发展方向,通过优化和整合不同类型的光谱,实现多光谱的信息互补和协同,结合化学计量学方法构建模型,可提高模型预测准确性和鲁棒性。本文系统介绍了多光谱融合策略和算法,包括经典的融合策略、基于多块算法的融合、基于多维算法的融合和基于深度学习的融合。分别对单光谱融合、两光谱融合、三光谱融合以及光谱与其他信息融合的应用研究进行了归纳和论述,在此基础上评述了光谱融合方法优缺点、局限性及基本选择原则。最后,探讨了多光谱融合分析技术所面临的挑战及后续发展方向。
张金兰, 许风国. 药物分析学科发展历程与趋势[J]. 化学进展, 2024, 36(12): 1893-1900.
Jinlan Zhang, Fengguo Xu. Development History and Trends of Pharmaceutical Analysis in China[J]. Progress in Chemistry, 2024, 36(12): 1893-1900.
今年是分析化学家周同惠院士诞辰100周年,为纪念周同惠院士百年诞辰,传承科学家精神,学习周同惠院士在艰苦条件下,勇于承担重任,带领科研人员突破兴奋剂检测难题,建立了我国兴奋剂检测中心的担当精神与爱国情怀。对周先生在药物分析学科建设与发展中作出的突出贡献表示最忠诚的致敬, 特撰写本文,本文介绍了我国药物分析学科发展历程、药物分析学科教育体系建立、药物分析学科发展重要成果以及学科发展趋势,概述了药物分析学科经历新中国成立之初,科学家克服困难努力提升我国药物分析水平,到改革开放以来我国药物分析水平飞速发展跻身国际的历程, 从学科技术发展、仪器设备引进、药检方法与药品标准提升、分析检测机构发展、人才培养、重要成果与发展趋势的角度进行了介绍。
方军华, 李若繁, 张文军, 张伟贤. 高氯酸盐的还原转化:原理和应用[J]. 化学进展, 2024, 36(12): 1901-1914.
Junhua Fang, Ruofan Li, Wenjun Zhang, Weixian Zhang. Reductive Transformation of Perchlorate: Fundamentals and Applications[J]. Progress in Chemistry, 2024, 36(12): 1901-1914.
高氯酸盐是水中的持久性无机污染物,由于其高溶解性、流动性和稳定性,在环境中很难降解。高氯酸盐的污染已成为全球性的环境挑战,因其在地表水和地下水中的残留物通过各种途径进入食物和饮用水,构成潜在的健康风险。化学和生物方法被广泛研究用于高氯酸盐的去除,每种方法都具有独特的优势和挑战。本文系统总结了近年来去除水中高氯酸盐的化学和生物处理技术的研究进展,详细阐述了这些技术的机理、影响因素和优缺点。化学降解、催化还原和电化学还原是处理高氯酸盐污染的有效方法。有机电子供体如乙酸、甘油、乙醇和甲烷,以及无机电子供体如氢气和元素硫,被广泛应用于高氯酸盐的生物降解过程中。化学方法提供了快速的还原速率和简单的操作,而生物方法则提供了环保的解决方案和长期的可持续性潜力。然而,这两种方法均存在局限性。近年来,研究人员开始探索将化学和生物方法相结合的联合去除技术,以提高高氯酸盐污染物的修复效率。本文综述了吸附-生物法、生物-电化学法和化学还原-生物法三种联合去除技术的研究进展。此外,还探讨了未来研究的方向,包括工程化实施研究、材料和微生物研究、实际应用研究以及高氯酸盐降解机理。
郑赛, 官小玉, 张炳原, 朱晏霞, 李东平, 韩庆鑫, 王学川. 生物质基离子热电器件[J]. 化学进展, 2024, 36(12): 1915-1928.
Sai Zheng, Xiaoyu Guan, Bingyuan Zhang, Yanxia Zhu, Dongping Li, Qingxin Han, Xuechuan Wang. Biomass-Based Ionic Thermoelectric Devices[J]. Progress in Chemistry, 2024, 36(12): 1915-1928.
以生物质为基体的新型离子热电材料因具有较高的离子塞贝克系数、较好的柔韧性,成本低,绿色可生物降解等优势,在构建安全、稳定、高效的柔性可穿戴热电器件方面具有广阔的应用前景。本文综述了以纤维素、明胶等生物质材料为基体的离子热电电容器和离子热电池的制备方法、热电原理、热电性能及其近五年在可穿戴体热收集装置、柔性温度传感器和自驱动人体监测系统领域的应用。结合当前研究现状,进一步总结了生物质基离子热电材料研究的难点与不足,以及生物质基离子热电器件未来推广应用面临的困难与挑战,并就上述存在的问题提出了针对性的解决思路,为本领域相关研究提供理论指导与技术借鉴。
李晨阳, 苏丽, 王青磊, 上官雪慧, 高丽君, 李法强. 三维集流体的构筑及其稳定锂负极的研究进展[J]. 化学进展, 2024, 36(12): 1929-1943.
Chenyang Li, Li Su, Qinglei Wang, Xuehui Shangguan, Lijun Gao, Faqiang Li. Research on Construction of Three-Dimensional Current Collector for Stabling Lithium Metal Anodes[J]. Progress in Chemistry, 2024, 36(12): 1929-1943.
锂金属具有极高的理论比容量和最低的氧化还原电势,被誉为最具发展潜力的负极材料,然而锂金属负极中的枝晶生长、固体电解质界面(SEI)层不稳定和锂循环过程中无限体积膨胀等挑战阻碍了锂金属电池的进一步商业应用。针对锂金属负极中出现的问题,研究人员提出了大量的解决方案,其中三维集流体不仅可以降低电流密度,缓解枝晶生长,还可以容纳锂沉积/剥离过程中的体积变化。本综述基于锂负极存在的问题,分别讨论了三维集流体结构设计和亲锂化改性用于稳定锂负极的作用机理,并总结了其最新研究进展。最后,对用于高性能锂金属负极的三维集流体的未来研究方向进行了展望。
范荣, 李雅婧, 胡晓娜, 张瑞琪, 刘希, 张东顺, 伊卓. 一氧化碳/氧气参与的端炔氧化羰基化反应[J]. 化学进展, 2024, 36(12): 1944-1955.
Rong Fan, Yajing Li, Xiaona Hu, Ruiqi Zhang, Xi Liu, Dongshun Zhang, Zhuo Yi. Oxidation Carbonylation Reaction of Terminal Alkynes with Carbon Monoxide/Oxygen[J]. Progress in Chemistry, 2024, 36(12): 1944-1955.
氧化羰基化反应是合成含羰基化合物的重要方法,具有原料来源广及产物结构丰富等优势。近年来,随着绿色发展理念深入人心,开发以一氧化碳和氧气为原料的氧化羰基化反应成为该领域的热门方向。端炔C(sp)-H键在氧化羰基化反应中展示出优异的反应活性,能够构筑一系列不饱和羰基化合物。本综述介绍了端炔的氧化羰基化反应及其在全合成中的应用,包括氧化烷氧基羰基化、氧化胺羰基化和氧化羰基化-环化,重点阐述金属催化羰基化和金属氧化两部分的反应机理,并对该类反应的未来发展趋势予以展望。
潘光誉, 胡欣, 殷杰, 刘一寰, 郭凯, 朱宁. 生物基环烯烃的合成与开环易位聚合[J]. 化学进展, 2024, 36(12): 1956-1971.
Guangyu Pan, Xin Hu, Jie Yin, Yihuan Liu, Kai Guo, Ning Zhu. Synthesis and Ring-Opening Metathesis Polymerization of Bio-Based Cyclic Olefins[J]. Progress in Chemistry, 2024, 36(12): 1956-1971.
生物质转化制备生物基高分子材料已成为化学和材料等领域的研究热点。环烯烃开环易位聚合是构筑主链含有不饱和双键聚烯烃的有效策略。近年来,国内外学者设计合成了不同结构的生物基环烯烃单体,通过开环易位聚合获得了性能优异的生物基聚烯烃新材料。本文以纤维素、半纤维素、木质素、萜、植物油和氨基酸等生物质原料分类,介绍了降冰片烯衍生物、氧杂降冰片烯衍生物、环辛烯衍生物、大环烯烃等生物基环烯烃单体的合成,总结了生物基环烯烃开环易位聚合制备功能化聚烯烃的研究进展,并对该领域的前景与挑战进行了探讨和展望。
王慧静, 孙蝶, 王睿颖, 张卉. 肿瘤小细胞外囊泡的精准检测[J]. 化学进展, 2024, 36(12): 1972-1982.
Huijing Wang, Die Sun, Ruiying Wang, Hui Zhang. Precision Detection of Tumor Small Extracellular Vesicles[J]. Progress in Chemistry, 2024, 36(12): 1972-1982.
肿瘤小细胞外囊泡是由肿瘤细胞释放的粒径小于200 nm的膜性囊泡,其表面和内部携带各种生物分子信息并参与细胞间通信,是公认的最重要的癌症液体活检物之一。肿瘤小细胞外囊泡表面含有多种蛋白,这些蛋白可以与其相对应的抗体或核酸适配体相结合,利用光学或电化学方法可以实现肿瘤小细胞外囊泡的定量检测。由于小细胞外囊泡的高度异质性和复杂性,单一生物标志物的识别容易受到外界干扰产生假阳性或假阴性信号,因此依靠单一的蛋白很难实现对肿瘤小细胞外囊泡的精准检测。同时分析多种生物标志物可以有效地解决该问题并提供更准确的癌症诊断和预后指导。本文论述了基于表面蛋白的肿瘤小细胞外囊泡的检测方法,如荧光法、比色法、电化学方法以及电致化学发光等,并从多蛋白多信号比例输出、多蛋白逻辑门的使用以及多蛋白邻近连接反应的角度重点讨论了基于表面多蛋白的小细胞外囊泡的高灵敏度的精确检测。