突破瓶颈惰性烷烃转化实现“百步穿杨”
在一个有机分子中,C-H(碳-氢)键是基本的结构单元。若能够选择性地对某一个位置上的C-H键进行活化,就能极大减少反应过程中的非必要废弃物,还能高效地将烷烃等大宗石油化学工业原料转化成附加值更高的精细化学品。这样的一个问题一直是有机化学中的挑战,被国际学界誉为有机化学的“圣杯”。
2月2日,中山大学化学学院胡鹏教授团队报告了一种光催化分子间自由基采样方法,在惰性的C-H键的化学转化层面实现了“百步穿杨”“精确制导”。这种转化方式条件简单、环境友好,能够快速缩短反应步骤,不但可以生成附加值更高的精细化学品,还能够适用于生物活性分子的快速精准后期修饰,有望加快药物的研发。该成果在最新一期《科学》杂志(Science)刊发,论文作者共三人均来自中山大学。
控制反应的选择性,是这样的一个问题的难点。对于直链烷烃来说,它的各个C-H键之间化学性质十分相似,且都较为惰性。使用低活性的试剂就无法活化烷烃,而使用高活性的试剂可能会同时“唤醒”所有的C-H键。“目前直接对惰性烷烃进行选择性改性仍然是一个巨大的挑战,只有少数使用贵金属催化剂的开创性研究取得了成功。”胡鹏说。
然而,实现选择性催化是面向未来的化学反应的核心要求。低选择性的催化反应会产生一个或多个副产物,因此导致不必要的废弃物或环境不友好的过程,不利于可持续发展。在烷烃的生成加工中,工厂一般在比较剧烈的催化条件下,通过多步反应才能得到预定的产物。这样的一个过程会产生大量废料和能量消耗,总体效率低下,带来较大的环境负担。
论文的第一作者王淼介绍道,团队使用了多种化合物进行实验,其中,在生活中应用最广也是生产体量最大的是汽油,它的成分主要是简单烷烃。团队通过对烷烃C-H键的选择性硼基化,将汽油变成了易于反应的精细化学品,使它不仅仅作为燃料简单使用。
根据以往的机理研究,团队先活化烷烃某个特定位置上的C-H键,再进行反应,发现这种模式的选择性效果不尽如人意。
通过多次实验,团队探索出一种新的反应模式,机理研究表明,这种反应可以发生可逆的氢原子转移(HAT)过程。先对C-H键进行无差别的活化,生成各类自由基中间体后,再通过反应试剂的位阻效应,选择性识别特定的自由基并进行反应,其他未反应的自由基则重新变回为烷烃原料。这种新方法大幅度的降低了C-H键选择性官能团化的难度。
在该研究中,团队主要对末端C(sp3)-H键进行硼基化反应。“通过硼基化合物——有机反应最广泛使用的合成砌块之一——的已知反应,我们大家可以进一步构建出结构多样、功能复杂的不同化合物,应用于不同的场合。”胡鹏说。
铁是地球上丰度最高的金属元素之一,廉价易得,存在形式也很丰富。光能是自然界最广泛的能量供给模式,在实验室里也容易实现。“我们的方法条件温和,能够在实验室级别放大制备规模,并且有较高的底物适用性,可以兼容烯烃、炔烃、氯、溴、酯等容易进一步转化的官能团。”论文作者黄雅豪说。
胡鹏教授课题组致力于用简单、高效的廉价催化体系实现惰性键的选择性断裂反应,实现环境友好的分子剪切和转化,做绿色、经济的“分子园艺”。在此基础上,团队还尝试了C-H键和C-C键断裂的一系列反应,初步实现了塑料降解、醇的断键反应等化学变化。
胡鹏表示,我们大家都希望逐步发展这个体系,实现各种有挑战性的化学反应,构建起一件又一件称手的分子剪切工具,实现我们“分子花园”的梦想。(光明日报全媒体记者吴春燕 通讯员 朱嘉豪)
为促进人—非人动物嵌合体等领域的规范研究,国家科技伦理委员会生命科学伦理分委员会近日研究编制了《人—非人动物嵌合体研究伦理指引》
2月9日除夕夜,以“成都街头走一走,天府画卷迎新年”为主题的成都市除夕主会场活动在成都天府国际会议中心礼仪广场举行。
现代人工作繁忙,轻易造成饮食不规律,不少人患有不同程度的慢性胃炎。慢性胃炎是指胃黏膜上皮反复遭受到了损害使黏膜发生改变,最后导致不可逆的胃固有腺体的萎缩甚至消失。
近日,美国普林斯顿大学研究人员开发出一种“细胞骨架回路”并重构微管结构。相关研究成果发表于美国《国家科学院院刊》。
贴春联是我国农历新年的传统习俗之一。春联源于桃符。古人认为,在门上挂桃木制成的神符可以辟邪。我国较早的春联出现在宋朝。后蜀末代皇帝孟昶于北宋乾德二年(964年)除夕,命学士幸寅逊在寝宫门上的桃符撰词。
根据人们的生活经验,给物体加热似乎比使其变冷快得多。例如,当我们将食物放进微波炉,几分钟就能加热到100℃甚至更高;如果想让食物降低同样的温度,需要的时间要长得多。
以科学技术创新驱动关键核心领域强链补链。科学技术创新能够催生新产业、新模式、新动能,是发展新质生产力的核心要素。真正要把科学技术创新的潜力转化为现实生产力,须及时将科技创新成果应用到具体产业和产业链上。
2月2日至4日,湖北、湖南等地突降冻雨,受恶劣天气影响,多趟列车晚点甚至停运。由于正值春运,大量旅客出行受到影响。
近日一则“未来5年都没有大年三十”的消息引发公众关注。消息称,2024年2月9日是近年来最后一个大年三十,因为从2025年起至2029年都没有大年三十,只有大年二十九。科普专家这样认为,大年三十时有时无是正常历法现象,系农历大小月所致。
中国气象局7日发布《2023年中国气候公报》,全面分析2023年中国气候基本概况、气候系统监测状况和主要气象灾害及极端天气气候事件,综合评估气候对各行业、环境、人体健康等方面影响。
中国科学技术大学潘建伟、姚星灿、陈宇翱等人基于强相互作用的均匀费米气体,首次观测到了由多体配对产生的赝能隙。
走进技术展厅,大屏幕上不仅实时展示着200公里外江苏兴化现代农业产业园的空气温湿度、风速、降水量、气压、土壤温湿度及土壤肥力等信息,还提供实时感知获得的作物长势信息。
中央气象台预计,6日夜间至7日,江南北部和西部、西南地区东部等地部分地区仍有降雪或雨夹雪,贵州、湖南等地有冻雨,上述地区气温较常年同期偏低5摄氏度左右。
6日上午,在海南昌江的核电基地,全球首个陆上模块化小型核反应堆“玲龙一号”外穹顶吊装完成。
走近“工业城”里的工程师群体,听他们描摹新的一年建设制造强国的蓝图,看他们敢为敢创,善作善成。
国家药监局日前发布的《2023年度药品审评报告》显示,2023年,药品注册申请受理量和审结量分别同比增加35.84%、28.80%,均创近5年新高。
为应对雨雪雾天,济青中线在特大桥、水库、河流等重点位置安装上气象检测器、能见度检测器、桥面结冰状态检测器等。
小手机,大世界。时至今日,手机已不单单是通信设施,而是集电脑、电视、钥匙、钱包、相机、手表、游戏机、遥控器、计算器、手电筒等功能于一身的生活必需品。
冻雨是一种特殊的降雨天气。当雨滴从空中降落后,一旦遇到温度低于零摄氏度的物体,会迅速冻结成冰,气象上把这种天气现象叫作“冻雨”,冻雨落下后在物体表明产生冰层覆盖的现象叫作“雨凇”。我国南方一些地区把冻雨叫作“下冰凌”,北方地区则称为“地油子”或者“流冰”。
国家药监局5日发布的《2023年度医疗器械注册工作报告》显示,2023年,该局共批准上市创新医疗器械61个,数量再创新高,比2022年增加6个。