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化学进展 2017, No.2/3 上一期 后一期 返回主页

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2017, 29 (2/3): 0-0 |
出版日期: 2017-02-15
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摘要
综述
非对称氮杂环丁烷的区域选择性开环反应
陈兴鹏, 许家喜*
2017, 29 (2/3): 181-197 | DOI: 10.7536/PC160917
出版日期: 2017-02-15
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摘要
本文系统总结了非对称氮杂环丁烷的区域选择性开环反应。氮杂环丁烷的开环反应主要包括亲核开环、Stevens重排扩环及消除开环反应等。其中，亲核开环反应是氮杂环丁烷的主要开环方式。开环的区域选择性与氮杂环丁烷取代基结构密切相关。氮杂环丁烷相对比较稳定，其开环通常需要路易斯酸催化或者先转化成季铵盐才可以发生，因此，其开环反应的区域选择性受电子效应的影响比较明显。邻位带有不饱和官能团的氮杂环丁烷及其季铵盐一般发生氮原子与带有不饱和官能团的碳原子之间化学键的断裂，这是因为如芳基、烯基、氰基、酰基、甲酸酯基和甲酰胺基等不饱和官能团的共轭效应可以稳定其连接的碳原子在开环时形成的过渡态或者中间体，使该C-N键更容易断裂。如亲核开环反应，亲核试剂一般进攻芳甲位、烯丙位或连有氰基或甲酸酯基或甲酰胺基的邻位碳原子，电子效应起主要作用。对于2-烷基取代的氮杂环丁烷及其季铵盐，大位阻或者亲核性强的亲核试剂的开环反应一般发生在位阻小的氮邻位碳原子，空间效应起主要作用。分子内的亲核开环反应主要受反应过程中环大小的控制，一般有利于经过三元环、五元环、六元环和七元环过程开环得到开环产物。氮杂环丁烷是一类非常重要的含氮杂环化合物，通过总结和分析氮杂环丁烷的开环反应及其区域选择性，可以更好地认识和利用这类反应，通过有效地预测和控制开环反应的方向，来制备所需的有机化合物。希望本文能够促进氮杂环丁烷开环反应在有机化学中的发展与应用。
高能量密度锂离子电池用富锂正极材料
严武渭, 柳永宁, 崇少坤, 周亚萍, 刘建国, 邹志刚
2017, 29 (2/3): 198-209 | DOI: 10.7536/PC161104
出版日期: 2017-02-15
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摘要
随着移动通讯设备和电动汽车的发展，对高比能量密度锂离子电池的需求越来越大。目前商业化动力电池主要采用的磷酸铁锂和三元正极材料放电比容量均低于180 mAh/g，难以满足一次充电行驶500公里以上的要求，因此，正极材料的比容量已成为限制锂离子电池能量密度提高的瓶颈。富锂材料具有大的比容量（≥250 mAh/g）和高的放电电压（3.8 V），理论能量密度高达900 Wh/kg，是未来动力电池的理想正极材料，因而研究高比容量富锂正极材料具有非常重要的现实意义。本文回顾了锂离子电池正极材料的发展和目前商业化正极材料比容量低的现状，综述了新一代大比容量富锂正极材料的结构特征和电化学性质，以及放电机制和改性研究的最新进展，并指出现阶段高能量密度锂离子电池用富锂材料遇到的问题，且有针对性地提出了解决思路和方法。
非线性谱学分析的基本原理及其在电化学研究中的应用
毛庆*, 景维云, 石越
2017, 29 (2/3): 210-215 | DOI: 10.7536/PC161008
出版日期: 2017-02-15
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摘要
暂态电化学分析技术由于可以提供与时间相关的电极过程动力学信息，在电化学研究中应用广泛。本文着重介绍了在正弦电流/电压激励下电化学系统的时频响应特性，其非线性频响行为的谱学表达、数值模拟方法以及实验表征方法，综述了非线性谱学分析技术在电化学研究中的应用。文中指出基于反应机理的谱学模拟与实验表征结果的对比是当前开展电化学非线性谱学研究的主要模式，总结出其在实验测量中交流振幅的选取原则，并在最后提出电化学系统的非线性主要源于反应动力学，非线性谱学分析因此在电化学反应的机理研究以及电化学系统诊断的许多方面独具优势。
水溶性苝酰亚胺类材料的合成及其生物应用
吴锦钧, 杨震, 焦剑梅, 孙鹏飞, 范曲立, 黄维
2017, 29 (2/3): 216-230 | DOI: 10.7536/PC160717
出版日期: 2017-02-15
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摘要
3，4，9，10-苝四甲酰二亚胺及其衍生物（PDIs）因其光、热、化学稳定性好，荧光量子效率高的优点，已经在有机场效应晶体管（OFET）、有机太阳能电池（OPV）、染料激光和有机电致发光器件（OLED）等方面使用，但其自身结构容易π-π堆积，导致水溶性差，限制了其在生物领域的进一步运用。因此，对PDIs进行修饰，获得可以用于生物体的水溶性PDIs显得尤为重要。本文综述了对PDIs进行水溶性修饰的各种方法：使用阴离子取代基、阳离子取代基和非离子取代基等在PDIs酰亚胺的氮原子位置或者湾位置进行修饰，利用取代基的水溶性、静电排斥作用或者空间位阻效应来实现PDIs的水溶性。同时，进一步阐述了水溶性PDIs在新型荧光探针、光声成像、化学治疗和光动态治疗等方面的应用。
液态锂资源提锂的吸附材料及性能
张文, 牟英炘, 赵颂, 解利昕, 王宇新, 陈靖
2017, 29 (2/3): 231-240 | DOI: 10.7536/PC161012
出版日期: 2017-02-15
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摘要
锂是重要的能源金属，从盐湖和海水卤水等液态锂资源中提锂，是获取锂资源的重要方向。吸附法适合从低浓度大体积的液相中选择性提取锂离子，而吸附材料是吸附提锂的核心。本文从吸附材料的类别出发，对吸附材料的最新研究进展进行综述，包括天然矿石和碳材料、无机锂离子筛（锰系、钛系锂离子筛）及成型方法、有机配体（冠醚、杯芳烃、磷酸酯等）复合吸附材料和材料的基体选择等内容，分析了各类吸附材料的提锂机理和吸附性能，为研究新型提锂吸附剂、开发新的吸附分离体系、克服吸附法的缺点和推动吸附技术在液态锂资源提取领域的发展提供参考。
石墨相氮化碳(g-C3N4)与Bi系复合光催化材料的制备及在环境中的应用
王鹏远, 郭昌胜, 高建峰, 徐建
2017, 29 (2/3): 241-251 | DOI: 10.7536/PC161023
出版日期: 2017-02-15
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摘要
半导体光催化技术可应用于环境中污染物的降解、转化和矿化以及太阳能的转换，是解决环境污染和能源短缺问题的一条有效途径。石墨相氮化碳（g-C3N4）与Bi系化合物复合材料因具有优异的光催化性能成为新型光催化材料的研究热点。本文论述了目前g-C3N4的主要制备方法，g-C3N4与Bi系复合材料的种类及其制备过程；同时围绕g-C3N4和Bi系复合催化材料在环境净化中的应用，包括对水体中污染物的降解及去除、光致细菌失活和光致水解产氢等，综述了国内外近年来的重要研究进展；以去除水环境中有机污染物为例，详细阐述了水体中有机污染物的光催化降解机理。最后，对g-C3N4与Bi系复合光催化材料的开发和应用前景进行了展望。
有机光致变色材料在快速可视化检测中的应用
霍志铭, 李攻科*, 肖小华*
2017, 29 (2/3): 252-261 | DOI: 10.7536/PC160804
出版日期: 2017-02-15
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摘要
快速可视化检测具有简捷、灵敏、特异性强且无需大型仪器等优点，在分析领域有广泛的应用。其中，快速可视化检测技术的核心是传感器的合理构建，并通过识别、指示及处理三个关键步骤对目标物实现可视化检测。近年来，有机光致变色传感器以其可调控的识别基团、颜色荧光双稳态异构的指示特性及定性定量双处理方式的特性，在快速可视化检测领域发展迅速。本文综述了有机光致变色化合物在可视化领域的研究进展，并对其发展和应用前景作出了展望。
叶绿素类四吡咯大环分子的重排反应
张珠, 姜齐永, 李家柱, 王进军
2017, 29 (2/3): 262-284 | DOI: 10.7536/PC160805
出版日期: 2017-02-15
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摘要
广泛存在于自然界的叶绿素是高等植物进行光合作用的重要物质，它们的非对称性碳架结构、芳香性大环色基和连带的各种取代基团形成了一类特殊的天然产物，其不同的降解产物在光动力治疗、染料敏化太阳能电池和人工光合成等诸多领域得以广泛应用。叶绿素类大环分子中不同类型的芳香性π-体系、多区域的活性反应位点以及复杂的互变结构形成其独有的化学性质，叶绿素中的吡咯子环和氮杂轮烯结构的密切关联以及环上官能基团与母环离域体系的有效共轭，导致叶绿素类二氢卟吩经常发生各种重排反应，从不同的层面上充分地体现出重排类型的广泛性和反应历程的新颖性。这些特殊的化学转换一直是设计和构建具有新颖碳架结构和实际应用前景的大环化合物的有效途径，也是深入探讨叶绿素的基础理论、化学合成以及应用研究的重要切入点。为此，本文基于该类天然产物的化学修饰和结构转换，综述了近期叶绿素类四吡咯大环分子的重排反应研究。
极性乙烯基单体立体选择性聚合催化剂
徐铁齐*
2017, 29 (2/3): 285-292 | DOI: 10.7536/PC160925
出版日期: 2017-02-15
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摘要
极性单体是指带有极性基团的烯烃类单体，主要包括含卤素类极性单体、含氧类极性单体、含氮类极性单体和含磷类极性单体。其中带有乙烯基且与所带极性基团相共轭的极性单体称为极性乙烯基单体，如甲基丙烯酸甲酯、2-乙烯基吡啶和乙烯基磷酸酯等。这类单体所形成的极性乙烯基聚合物是极性基团作为侧链的烯烃聚合物，该类化合物在黏性、韧性、界面性质（染色性和印刷性）、与溶剂或其他聚合物的相容性方面较传统非极性聚烯烃材料有明显的优势。为了使聚合物具有好的物理性能，获得具有一定规整度的聚合物是近年来研究的热点。聚合物的立体结构对其本身的物理性能有着显著的影响，如熔点、玻璃化转变温度和机械性能等。获取立构规整性聚合物的最有效方式是发展催化聚合反应的立体选择性催化剂。本文综述了近几年极性乙烯基单体立体选择性聚合催化剂的研究进展，这里所涉及的极性乙烯基单体包括：丙烯酸酯类、丙烯酸酰胺、乙烯基磷酸酯、乙烯基吡啶和杂原子取代苯乙烯单体。所涉及的聚合体系是配位聚合、路易斯酸碱对和阴离子聚合体系。
基于金属催化的直接叠氮化研究
窦言东, 应莎莎, 张晨卿, 余黎阳, 郑垦, 朱勍*
2017, 29 (2/3): 293-299 | DOI: 10.7536/PC161020
出版日期: 2017-02-15
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摘要
叠氮化合物在新药研发和化学生物学领域有着广泛应用，而传统的制备方法因反应步骤多、条件苛刻以及收率较低等原因限制了有机叠氮化合物的发展。因此，通过简单、有效的技术制备叠氮化合物引起了人们极大的关注。近期，利用碳氢键活化的方法直接引入叠氮，已成为金属催化研究的热点领域之一。本文综述了近五年来叠氮化构建的各种反应类型，分析阐述了反应可能的机理，最后对用于碳氢活化技术制备有机叠氮化合物的研究方向及其在天然产物修饰以及蛋白质研究等方面的应用进行了展望。
量子点荧光传感器的设计及应用
胡先运, 郭庆生, 刘玉乾, 孙清江, 孟铁宏, 张汝国
2017, 29 (2/3): 300-317 | DOI: 10.7536/PC160929
出版日期: 2017-02-15
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摘要
量子点（quantum dots，QDs）是一种新型的纳米荧光材料，具有优良的光电性质，已广泛应用于荧光传感及可视化检测，可实现对靶标分子高灵敏、高特异性分析。本文主要论述了量子点的表面化学修饰，以及量子点传感的作用原理，如荧光共振能量转移、电荷转移、直接荧光传感、生物发光共振能量转移、化学发光共振能量转移以及电化学发光，利用这些原理设计出不同的荧光传感器，并应用于不同分子或离子的可视化检测。同时对量子点的荧光传感存在的问题及挑战进行了总结，并提出量子点荧光传感将向生物相容性好、细胞或生物体内实时可视化检测、复杂体系中进行多靶标同时检测以及量子点的逻辑运算等方向发展。
N-卤胺类高分子与纳米抗菌材料的制备及应用
李平, 董阿力德尔图, 孙梓嘉, 高歌
2017, 29 (2/3): 318-328 | DOI: 10.7536/PC160728
出版日期: 2017-02-15
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摘要
在诸多的抗菌剂中，N-卤胺类抗菌剂作为新型抗菌剂，具有高效、持久、广谱、可再生、无毒和对环境无污染等优点，是一种绿色环保高效的抗菌剂。因此，对N-卤胺类抗菌剂的研究受到广大学者的高度重视。本文综述了高分子N-卤胺和纳米N-卤胺抗菌材料的合成途径以及应用。高分子N-卤胺材料的合成主要包括三种方法：由单体聚合得到的高分子N-卤胺；N-卤胺前驱体接枝在其他高分子材料表面而形成的接枝聚合物；以及共混、静电纺丝、包覆等其他手段。对于N-卤胺抗菌材料而言，接触面积对其抗菌活性至关重要，纳米尺寸的N-卤胺抗菌材料具有非常大的比表面积，因而显示出更加优异的抗菌性能。本文着重介绍了纳米N-卤胺抗菌材料的研究进展和发展方向，并在分析N-卤胺基抗菌材料研究现状的基础上，对其开发和应用前景进行了展望。
有机光热转换材料及其在光热疗法中的应用
陈瑞*, 王晶晶, 乔宏志
2017, 29 (2/3): 329-336 | DOI: 10.7536/PC160638
出版日期: 2017-02-15
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摘要
光热疗法（photothermal therapy，PTT）作为一种新型的肿瘤治疗技术，由于其对肿瘤高效的消除能力和对正常组织极低的伤害，近年来受到了强烈的关注。在过去的十余年中，许多无机光热转换材料，尤其是金和碳的纳米材料，已经被报道广泛用于光热治疗的研究中。随着纳米技术和纳米材料的发展，光热试剂的种类和性能也得到不断提升。在光热治疗优异疗效的激励下，人们越来越关心其走向临床应用的可能。近年来出现的一些新型有机光热转换试剂，因为其能够克服无机材料不可生物降解的特点而得到快速地发展。本文主要综述了最近几年发展起来的几种典型的有机光热转换纳米材料，包括小分子染料类、超分子复合物类以及共轭聚合物类，介绍了它们应用在肿瘤光热治疗的研究，并简单描述了成像指导下的光热治疗以及联合治疗方面的应用。最后，总结了现有的有机光热试剂的种类，指出其研究发展方向，分析了光热疗法目前面临的难题与挑战，及其走向临床应用的前景。