钴(Ⅱ)催化2-乙基-3-甲基吡嗪绿色氧化方法

以过氧化叔丁醇为氧化剂,以钴(Ⅱ)与含N配体为催化体系催化氧化2-乙基-3-甲基吡嗪(EMP),提出一种具有放大应用前景的2-乙酰基-3-甲基吡嗪绿色制备方法.考察了过渡金属催化剂的种类、配体种类、溶剂、温度等反应条件对催化氧化过程的影响,在最优反应条件下EMP转化率可达58.8%, 2-乙酰基-3-甲基吡嗪(AMP)选择性92.2%.研究了该反应体系催化氧化EMP的反应机理,建立了该反应的拟均相反应动力学模型.在以上实验基础上,对该反应体系进行了放大实验研究,结果表明该新方法具有较好的工业放大前景,但反应温度的控制是放大过程的关键因素.     

应用化学综合创新实验:铜纳米粒子催化硝基化合物还原反应的设计*

以较前沿的科研成果为基础设计了一个针对应用化学专业本科生的综合创新性实验--铜纳米粒子制备及催化硝基化合物还原反应的性能测试。实验内容包括一定粒径大小的铜纳米粒子的制备及表征,铜纳米粒子催化硝基芳烃还原的研究及催化剂的循环使用次数的考察等。本实验不仅可以锻炼学生的基本实验操作技能,同时训练学生对涉及到的仪器测试及结果进行合理分析,有助于提高学生的实验兴趣及动手能力,对培养学生的创新意识和团队协作精神也大有裨益。     

TiO2表面光催化基元过程

在过去的几十年里,得益于二氧化钛(TiO₂)作为光催化剂在光催化分解水、污染物降解方面的潜在应用,人们对TiO₂光催化剂的开发、改良以及TiO₂表面光催化机理的基础研究方面都投入了巨大的精力。因此,在超高真空环境下,利用不同的实验和理论方法,人们对TiO₂表面(特别是金红石TiO₂(110)表面)的热催化和光催化过程进行了大量的研究,以此来获得上述重要反应中的一些机理性的信息。本文中,将从TiO₂的物质结构以及电子结构开始,然后着重介绍TiO₂表面光生电荷(电子和空穴)的传输、捕获以及电子转移动力学方面的进展。在此基础上,总结了甲醇在金红石TiO₂(110)、TiO₂(011)以及锐钛矿TiO₂(101)表面光化学基元反应过程的一些实验结果。这些结果不仅能增进我们对表面光催化基元过程的认识,同时也能激励我们进一步去研究表面光催化基元过程。最后,基于现有光化学实验结果,简短地讨论了我们对光催化反应机理的一点看法,并提出了一个可能的光催化模型,这可以引起人们对光催化反应机理更全面的思考。     

(R)-TTCA·K催化下环己酮与丙烯腈的加成反应

手性催化剂催化下的不对称合成反应是近年来不对称合成研究中受到重视的领域，如在手性催化剂如，在手性冠醚，手性镧配合物、手性硒、手性铑及手性脯氨酸铷盐等催化下，醛、酮与二烃基锌形成手性醇和不对称羟醛缩合反应等，催化下通过Michael加成反应合成手性化合物的方法近年来也有报道，     

甲烷氧化细菌生物催化合成聚-β-羟基丁酸酯的分子量调控

在甲烷氧化细菌Methylosinus trichosporium IMV3011细胞内生物催化合成聚-β-羟基丁酸酯(PHB)的过程中,对影响聚合物分子量的各种因素进行了研究.发现碳源、培养基组分NH4+,NO3-,HPO24-,Mg2+,某些导向PHB合成的关键中间产物以及PHB的提取方法均会对PHB的分子量产生影响.同时,通过对胞内PHB合成酶系中关键作用酶的活性变化进行研究,发现β-酮硫解酶催化着控制进入PHB循环入口的关键反应,而PHB分子量的变化则主要取决于PHB合成酶和PHB降解酶的协同作用.     

新工科背景下的应用化学综合实验改革——以可见光催化分解水制氢综合实验为例

将科研课题“ZrO₂@TiO₂异质结的制备及可见光催化分解水制氢研究”设计成应用化学专业综合实验,使科研课题的创新性和教学的可行性有机结合,推进创新人才培养。实验内容是多学科的交叉融合,涉及ZrO₂@TiO₂异质结的制备、结构表征、催化剂的活性评价等多项内容,并且将新材料的制备与材料的性能、应用关联起来,加强了学生应用能力的拓展,强调了理科向工科的渗透。通过此实验,学生经历了催化学科科学前沿研究的全过程,可激发学生的学习兴趣,提高学生的科研素养,培养学生的创新思维、独立思考和分析解决问题的能力。     

Study on Molecular Weight of Poly-β-hydroxybutyrate Biosynthesized by Methylosinus Trichosporium IMV3011

在甲烷氧化细菌Methylosinus trichosporium IMV3011细胞内生物催化合成聚-β-羟基丁酸酯（PHB）的过程中,对影响聚合物分子量的各种因素进行了研究.发现碳源、培养基组分NH4＋,NO3-,HPO24-,Mg2＋,某些导向PHB合成的关键中间产物以及PHB的提取方法均会对PHB的分子量产生影响.同时,通过对胞内PHB合成酶系中关键作用酶的活性变化进行研究,发现β-酮硫解酶催化着控制进入PHB循环入口的关键反应,而PHB分子量的变化则主要取决于PHB合成酶和PHB降解酶的协同作用.     

稀土配合物研究(Ⅻ)——1,6-双(1′-苯基-3′-甲基-5′-氧代吡唑-4′-基)己二酮-[1,6](BPMPHD)与稀土元素配合物的合成及表征

我们曾研究过BPMPHD对稀土元素的萃取规律,三元配合物,以及在有机溶剂中形成的某些二元配合物的性质。发现,由于BPMPHD是1种具有4个配位原子的螯型配合剂,它与稀土元素可以形成不同组成的配合物,对研究稀土新型配合物,探索金属间能量传递、光化学活性、催化性能均有重要意义,这类工作将会引起更多化学工作者的兴趣。     

胺基修饰的ZnPS-PVPA固载手性salen Mn(Ⅲ)高效催化非功能化烯烃不对称环氧化反应

手性环氧化物是用途很广的中间体,通过区域和立体选择性开环反应,手性环氧化物能转化为多种对映纯的手性化合物.烯烃不对称环氧化反应是制备光学活性环氧化物的重要途径,在医药、农药和香料等精细化学品合成中具有非常重要的意义.由于salen Mn(Ⅲ)化合物在非官能团化烯烃的不对称环氧化反应中表现出高的催化活性和对映选择性,以及相对于均相手性催化,非均相手性催化具有产品易于分离和催化剂可重复利用等优点,因而成为手性催化领域的研究热点.近年来关于手性salenMn(Ⅲ)化合物的固载化研究受到广泛关注.虽然均相Mn(salen)催化剂在不对称环氧化反应方面已取得很大进展,但是在反应后处理、催化剂分离回收以及产品纯化方面也存在一定缺陷.多相salen Mn(Ⅲ)催化体系与均相催化体系相比,具有催化剂易分离回收、环境友好、产物易纯化、操作成本低和可以使用连续流反应器以及大规模生产等优点.因为在均相催化体系中,Mn(salen)Cl可能形成无活性的μ-oxo-Mn(Ⅳ)二聚体,而将salen Mn(Ⅲ)催化剂固载后则可以抑制这种二聚体的形成,并且将salen Mn(Ⅲ)催化剂多相化之后还可以促使活性位点的分离,进而增加催化剂的稳定性和保持单催化活性中心的高催化活性.本课题组近年来探索了磷酸锆与聚苯乙烯这类典型的有机功能高分子的复合,制备了一系列有机-无机杂化材料如聚(苯乙烯-异丙烯膦酸)-磷酸氢锆(ZPS-IPPA)和聚(苯乙烯-苯乙烯基膦酸)-磷酸氢锆(ZPS-PVPA),以这一系列材料为载体,通过对载体中的苯环进行氯甲基化,再接枝磺烃基、胺基或苯氧基等连接基团制备了多种非均相手性salen Mn(Ⅲ)催化剂.所制备的这些多相催化剂在催化活性、稳定性和循环使用性等方面显示出优良性能.本文在上述研究基础上,在ZnPS-PVPA的苯环上引入氯甲基,然后通过接枝芳香二胺和脂肪二胺最后轴向配位固载手性salen Mn(Ⅲ),实现了手性salen-Mn(Ⅲ)均相催化剂的多相化.并运用FT-IR,UV-Vis,XRD,TG,TEM,SEM和N2吸附-脱附等测试手段对多相催化剂进行了表征.分别以NaClO、m-CPBA和NaIO4为氧化体系考察了固载手性salen-Mn(Ⅲ)催化剂催化苯乙烯、α-甲基苯乙烯及茚的不对称环氧化反应的性能,对不同的氧化体系存有选择性;同时考察了温度、时间及溶剂等因素对催化性能的影响.考察了不同连接基团修饰的ZnPS-PVPA固载的手性salen-Mn(Ⅲ)在催化烯烃环氧化方面是否具有很好的催化性能和对映选择性.考察了助催化剂在不同的氧化体系中是否扮演着不同的角色.催化数据显示,助催化剂NMO和咪唑在催化反应中起着不同的作用.在m-CPBA氧化体系中,添加助催化剂NMO不但不能改善催化性能反而降低催化活性;在NaIO4氧化体系中,添加助催化剂咪唑略微改善了催化性能.选择催化效果最好的催化剂在m-CPBA催化体系中考察其重复使用性能,结果表明,多相催化剂经过9次循环使用,仍然显示出较好的催化性能.选择催化性能最好的多相催化剂进行环氧化反应的放大反应,结果显示,当放大倍数达到100倍时仍显示出与实验计量相当的催化性能,其转化率和ee值最高均可超过99％,具有潜在的工业应用价值.     

FeBr3/Me6TREN催化MMA反向原子转移自由基聚合研究

对FeBr3/Me6TREN催化的反向原子转移自由基聚合进行了研究.在不同的催化剂、引发剂的配比、聚合温度和配体用量等条件下,该催化体系催化的MMA聚合反应动力学为一级反应,聚合物分子量可控,分子量分布很窄,说明该体系催化的聚合反应为活性可控聚合.通过实验计算了反应的活化能,并利用UV光谱对催化剂进行了研究.     

光催化应用于药物合成反应实验教学的设计与改革

可见光诱导的光催化具有绿色、高效、可持续等特点,在有机医药中间体和药物分子的合成上极具创新性。近年来,将前沿性、创新性的科研成果实施于本科实验教学项目中已成为高校实验教学改革的重点与趋势之一。本实验利用苝二酰亚胺作为光催化剂,在温和的光照条件下高效选择性氧化硫醚得到亚砜。通过本实验的学习,为学生实践绿色、低能耗的有机化学提供了理想的平台,拓展了学生对当今合成技术前沿的视野,调动了对于合成新技术、新应用的兴趣,激发了挑战传统合成手段的热情,培养了科研创新理念以及独立思考、分析解决问题的能力。     

基于合成方法学研究的有机化学实验教学改革与实践——以苯甲酸乙酯制备为例

以苯甲酸乙酯的制备实验为例,将合成方法学研究引入有机化学实验教学。采取抽签方式确定每个学生的实验内容,通过考查加热方式(电热套或微波辐射加热)、溶剂(甲苯或环己烷)以及反应时间对实验结果的影响,使学生了解科学研究的方法,并通过文献查阅及实验结果分析讨论等教学实践环节提高学生的创新思维和科研能力。     

钼酸铋纳米片的制备以及光催化性能测试*

以硝酸铋与磷钼酸为原料,通过水热反应制备高催化活性光催化剂,应用X射线衍射和扫描电子显微镜进行材料表征,通过以氙灯为光源研究材料对四环素的表面光催化降解的特性。本实验涉及无机纳米材料的水热合成、结构表征以及有机类污染物光催化降解应用,将无机化学、物理化学、有机化学和分析化学的理论内容、实验方法与科学研究前沿相结合,能够全方位提升本科大学生的综合实验技能及科学研究水平。     

有机化学实验教学中学生科学探究能力的培养

The ability of scientific inquiry is one of the important abilities of undergraduate students. We have been thinking and exploring to cultivate students' scientific research ability in the course of laboratory teaching. In recent years, we had carried out persistently reform and practice to the laboratory teaching content and the teaching method in organic chemistry, for example, introduction to the frontier of scientific research, exploring the abnormal phenomena of the experiment, organization of experiment discussion, and carrying out the extracurricular research experiments. The above measures can greatly stimulate the students' interest in learning. Their abilities to think, observe, analyze and solve problems were fully developed. The students' ability of scientific inquiry had been cultivated in multiple aspects. The above measures have effectively promoted the improvement of teaching quality of organic chemistry laboratory course, and also supported the training objectives of high-quality innovative talents in chemistry.     

锌配位聚合物的制备与表征——推荐一个无机化学综合实验

介绍了一个无机化学综合型新实验——锌配位聚合物的制备与表征。通过有机配体的合成、金属有机框架材料的制备及其相关结构和性能表征,使学生了解金属有机框架这一科研前沿领域,在引导学生进行实验操作、解释及归纳的过程中,提升学生的综合及创新能力。本实验综合了无机、有机和分析化学知识点的学习与实验操作能力的培养,建议纳入高年级综合型化学实验课。     

GC-MS Determination of an Unknown Pesticide. II. An Experiment Investigating Quality of Analysis Using Random Sampling and Estimation of Variance

Newly devised components are described which significantly enhance both the scientific and pedagogical components of a previously published, qualitatively oriented experiment for students in an undergraduate instrumental analysis course. To provide a laboratory exercise containing as much real-world experience as possible, the earlier experiment was modified in such a way as to allow its use as a quantitative experiment illustrating such principles as sampling, experimental design, analysis of variance, and the use of internal standards.     

AIE荧光聚合物RAFT可控合成与表征及光物理性质研究

聚集诱导发光(AIE)分子是与传统的聚集态荧光淬灭染料分子具有截然相反的光物理性质的新型有机发光材料,可广泛应用于化学/生物传感、生物探针与成像、诊疗一体化和光电子器件等诸多领域中。本论文通过可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合方法,可控合成了侧链型四苯乙烯TPE聚丙烯酸酯AIE聚合物。通过实验条件的优化与探索,尤其采用半衰期较短、活性更高的偶氮二异庚腈(ABVN)取代常规的偶氮二异丁腈(AIBN)引发剂,将原来超过12 h的过夜反应前沿科研实验,改造为较短的3–5 h聚合反应时间内即可达到中等收率和较好的聚合物产品质量,使其成为一个适合本科教学环境的新创实验。本实验融合了无水无氧操作技术、柱层析分离纯化、RAFT可控聚合和GPC分子表征技术、FTIR、NMR、UV-Vis、荧光光谱等多种现代实验技术和表征方法,考查了所合成四苯乙烯TPE侧基的AIE聚合物的光物理性质,测定其溶液中的相对荧光量子产率达17%。     

高分子玻璃化转变过程的分子动力学模拟本科教学实验

玻璃化转变是高分子专业教学中的重要内容,转变过程中自由体积的变化和分子链段的运动是理解玻璃化转变的难点。在计算机上使用分子模拟的方法得到三维的可视化图形,可以更直观地观察到自由体积和分子链的变化。提炼近年分子模拟技术在玻璃化转变研究中的最新科研成果,得到既有理论基础又适合本科教学的课程素材。分子模拟可以实现了仪器测试无法达到的超快速升降温,并与仪器测试得到的实验结果相对照,验证了普通实验很难验证的理论观点,从而拓展了本科实验的范围,达到了很好的教学效果。     

将生物信息学与有机化学结合初探酶促反应原理与实践——介绍一个国外本科生实验并讨论其相关问题

21世纪是生命科学与信息科学高速发展的时代,化学作为理科的中心学科与此二者均有紧密的联系。伴随着各种交叉学科的诞生与发展,将信息科学技术整合有机化学方法并用于认知生物大分子进而解决生命科学问题也是大势所趋,而在生物化学与化学生物学基础教学中引入相关内容也具有前瞻性与必要性。国外化学本科的基础教育也切合时宜地以一个生物信息学的最常用软件PyMOL为例设计相关实验,让学生在了解反应中的有机化学机理的基础上,学习酶的三维结构,并探究酶催化该反应的原因。此设计结合了有机化学、生物化学、生物信息学、蛋白质结构生物学等多学科,可以加深学生对多肽与蛋白质的高级结构的认识,并为今后的生物化学学习与研究打下基础,同时有利于培养学生对于化学的兴趣,可谓一举多得。这对于培养交叉学科人才,做出开创性研究极为重要。对国内生物有机化学实验的设计有借鉴作用。     

磁性Co/C纳米复合材料的合成及其对水中刚果红吸附性能研究

This comprehensive experiment has successfully introduced the frontier of scientific research into undergraduate laboratory teaching. A magnetic Co/C nanocomposite was synthesized by using ZIF-67 as the precursor. Upon calcination at high temperature in inert atmosphere, ZIF-67 was degraded and carbonized to form Co/C nanocomposite. The adsorption performance of Co/C nanocomposite for Congo Red was investigated in detail. The structure and composition of the nanocomposite were investigated by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscope (SEM). The concentration of Congo Red was determined by UV-Vis spectrophotometry. The kinetics data was fitted with the pseudo-first-order and pseudo-second-order kinetic models. The adsorption isotherms were analyzed according to Langmuir and Freundlich isotherm models. This experiment covers the synthesis of inorganic-organic hybrid material, characterization of materials, concentration determination of dyes, analysis of dynamics data and adsorption isotherms. Therefore, this experiment enables students to practice their experimental skills, increase their interest in scientific research, and broaden their professional knowledge.