石油分子表征与分子层次模型构建:前沿及挑战

石油资源的绿色、高效及高值化利用需要从分子层次认识石油分子的组成及转化规律,并构建分子层次的精细化过程模型,由此诞生了分子管理技术路线.石油分子组成及转化过程的高度复杂性使得石油分子管理技术开发面临巨大的挑战.本文阐述了石油分子管理的沿革及内涵,总结了石油分子组成表征及石油加工分子模型的进展及所面临的挑战,并对未来的发展方向进行了展望.     

石油组分高分辨质谱分析进展与展望

石油是一种复杂体系,研究石油分子组成是分析化学领域的经典难题.近年来,傅里叶变换离子回旋共振质谱技术(Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry,FT-ICR MS)的发展,为从分子水平认识石油组成提供了机会,引起了石油化学界的高度关注,并被期待能在石油、石化领域的相关研究中实现重大突破.本文从质谱分辨率和电离技术方面介绍了石油样品的分析需求,总结了近几年基于FT-ICR MS技术对石油分子组成的研究进展,分析了其在应用中存在的关键技术问题及下一步研究方向,并对FT-ICR MS的发展前景给予展望.     

石油饱和烃分子组成分析方法综述

高效利用石油资源和生产高质量石油产品要求从分子水平认识石油化学组成,而饱和烃作为石油中最主要的一类组分,其分子组成分析是石油化学研究的重要课题.总结了石油饱和烃的分子组成分析方法并简要介绍其应用,主要包括基于气相色谱技术的单体烃分析方法和基于质谱技术的分子/族组成分析方法.针对石油饱和烃的质谱电离技术,总结了各方法的技术优势及存在的问题,对相关技术和方法的发展前景给予展望.     

分子炼油为导向的催化裂化加工重质油策略

随着我国炼油工业的升级转型,必须突破对石油馏分传统的粗放认知,从分子层次认识和加工原料,从而使每一个石油分子的价值最大化.因此,根据分子组成、结构单元和性质深入认识重质油的催化反应特性,按照重质油分子"易转化"与"难转化"结构单元在催化裂化及加氢改质过程中的反应行为,以及两种差异性分子结构化学键选择性转化与催化剂构效之间的关系,本文阐述了以分子炼油为导向的重质油催化裂化加工策略.首先,提出了加氢工艺协同催化裂化实现烃分子芳环结构的"选形"改质,采用分区转化配合专用催化剂实现环烷环及烷基链结构的"择形"裂化,以及依据原料分子结构、目的产物、以及工艺操作域使用专用裂化催化剂的必要性.以分子炼油为导向,可以推进炼油工艺发展由高转化率向高选择性的转变,为实现重质油高效转化为清洁油品和化工原料提供新的技术路径.     

金属茂化合物中茂环骨架被"撕裂":环戊二烯阴离子配体不仅仅是"旁观者"

在2分子腈的存在下,二茂钛杂环戊二烯中的一个茂环被"撕裂"成两个部分,一个3碳部分和一个2碳部分.这个3碳部分与2分子腈生成了吡啶衍生物,其中1分子腈的碳氮叁键被切断,而这个2碳部分与二茂钛杂环戊二烯中的环戊二烯部分生成了取代苯.简要介绍了上述反应的研究内容和其他有关反应.     

生物正交剪切反应及其应用

生物正交反应在化学生物学的研究中发挥着越来越重要的作用.传统的生物正交反应以新化学键生成的连接反应为主,其在实现生物分子的“标记”、“示踪”和“捕捉”等研究中发挥着重要作用.近年来,一类新兴的反应类型--以化学键断裂为基础的生物正交剪切反应逐渐发展起来,并在分子的“释放”、“激活”和“操控”等方面得到了越来越广泛的应用.本文首先重点介绍了生物正交剪切反应,总结了这些反应的特点、适用范围和已经实现的用途.随后通过具体的例子介绍了这些反应在化学生物学中的应用,包括小分子前药的激活、蛋白质功能的调控、细胞的工程化等.最后文章对生物正交剪切反应的发展趋势进行了展望.     

基于编码微粒的多元与高通量生物分子检测技术研究进展

由于基因组和蛋白质组学的快速发展,生物医学检测、药物发现以及环境监测领域对于大量生物分子的检测提出了多元与高通量的技术需求.而生物分子结合反应是生物分子检测的一个重要基础,微粒技术在编码与识别生物分子结合反应以实现多元生物分子检测方面具有独到的优势,并且可以与高通量样品处理技术相整合,从而满足这一需求.本文主要介绍了多元与高通量生物分子检测技术的发展过程以及最新的微粒编码技术研究进展,同时对该技术的发展方向与面临的问题进行阐述.     

原位衰减全反射表面增强红外光谱实验技术

介绍了原位研究电极,溶液界面反应的技术--衰减全反射表面增强红外光谱实验技术(ATR-SEIRAS)的产生背景和工作原理,重点描述了ATR-SEIRAS实验技术的关键:光谱电化学池的构造和薄膜电极的制备.与IRAS相比,ATR-SEIRAS技术可以更容易消除溶剂的背景吸收,获得较高的表面灵敏度,而且允许物质在电极表面自由扩散.与循环伏安相结合,利用ATR-SEIRAS技术可以实时监测电极,溶液界面问的反应.选择了利用ATR-SEIRAS实验技术原位研究功能表面的构造和性质、分子识别和反应中间体的形成等方面的应用实例,分析了ATR-SEIRAS实验技术的研究方向.     

大气颗粒物中棕色碳的化学组成、来源和生成机制

大气颗粒物中棕色碳(BrC)在近紫外波段具有强吸光性,并因其显著的气候效应被广泛关注。BrC组成、来源、演变和光学性质的不确定性是造成气候模型估算气溶胶辐射强迫不确定性的重要因素。本文综述了大气颗粒物中BrC的化学组成、来源和生成机制,聚焦分子水平上BrC组成、二次生成机制和吸光间的关联。大气颗粒物中BrC的主要类别包括有机溶剂(甲醇)提取的碳质组分、水溶性有机碳及类腐殖质; 分子水平上,硝基芳香烃和含氮杂环有机物是BrC的主要发色团。BrC的来源包括生物质等不完全燃烧一次排放和挥发性有机物氧化二次生成; 二次生成途径主要包括人为源芳香烃氧化生成硝基芳香烃等含氮组分、羰基化合物与铵/胺反应生成含氮杂环组分或低聚物。前体物和反应条件影响二次生成BrC的组成和吸光性质; BrC在大气传输过程中还会发生“光漂白”现象。在分子水平上识别和阐明BrC的发色团、二次生成机制及其演变过程是未来该领域的重点研究方向。     

有机质谱学法研究气相S_N2离子－分子反应进展

总结了近年来应用质谱方法研究气相SN2离子－分子反应的进展，主要包括气 相SN2离子－分子反应的机理，动力学和热力学的各种因素。与凝固相中反应对比 ，阐明了影响反应机理、方向与程度的决定性因素，及溶剂化效应对凝聚相中反应 的影响方式。还介绍了一些气相中特有的SN2离子－分子反应和研究气相反应特殊 的质谱学研究方法与技术。     

宏观超分子组装——超分子材料制备新理念

近年来,宏观超分子组装已经逐渐发展成为超分子化学中的一个新兴研究方向.宏观超分子组装是指特征尺寸在微米及微米以上尺度的构筑基元,通过分子间相互作用发生组装,形成有序结构的过程,是实现"全尺度自组装"不可或缺的环节,为超分子体相材料的制备提供了新的理念和方案.本文从宏观超分子组装的发展概况、设计原则与策略和应用方向3个方面展开综述,介绍了从基于长程作用力的"宏观组装"到基于分子间相互作用的"宏观超分子组装"的区别与联系,阐释了实现宏观超分子组装的设计原则和相关机理.最后,针对实现超分子材料广泛应用的目标,从"精准组装"的角度综述了提高组装结构有序程度的方法,以及宏观超分子组装在组织工程支架等方面的应用前景.     

生物模拟转氨反应在蛋白质修饰中的应用

作为化学生物学研究的重要方向,生物正交反应的发展与应用为生命科学研究提供了有力武器.利用生物正交反应,人们可以将合成分子与目标天然大分子在特定位点上实现特异性连接,进而达成诸如标记、定位、功能化、固定等一系列目标.生物模拟转氨反应及其衍生反应是一类特异性蛋白质N端修饰的生物正交反应,与天然蛋白侧链、C端的连接反应相互补充.由于该反应具有高效性、通用性、温和性及不需要引入突变或非天然氨基酸等优点,从发现以来已较为广泛地运用于蛋白质化学生物学的多个相关领域.在介绍其基本原理及反应优化的基础上,综述该类反应的发展及应用情况.     

应用MALDI-FTICRMS技术研究气相中含钨系列离子簇

以Keggin型磷钨酸为原料, 2,5-二羟基苯乙酮(DHAP)和2,4,6-三羟基苯乙酮(THAP)为基质, 使用基质辅助激光解吸/电离-傅里叶变换离子回旋共振质谱(MALDI-FTICRMS)技术研究气相中金属相关簇的稳定性及气相离子-分子反应. 在气相中获得不同系列的-1价含钨离子簇, 准确确定各系列离子簇的组成及Magic Numbers物种, 并发现基质与钨相互作用生成有机-无机杂化离子簇系列. 结果表明, MALDI-FTICRMS技术适用于研究气相中团簇离子的稳定性及气相离子-分子反应.     

三唑酮分子印迹预组装体系的分子模拟与吸附性能

以三唑酮为模板分子, 以丙烯酰胺(AM)、 丙烯酸(AA)、 甲基丙烯酸(MAA)和三氟甲基丙烯酸(TFMAA)为功能单体预组装了分子印迹聚合物体系, 采用半经验法和从头算法, 利用Hyperchem软件模拟了三唑酮与4种功能单体所组成的分子印迹预组装体系的构型、 能量、 反应配比及复合反应的结合能, 选择复合物结合能最高的功能单体用于分子印迹聚合物的合成. 采用密度泛函方法计算了模板与单体在不同致孔剂中的溶剂化能. 结果表明, 三唑酮与三氟甲基丙烯酸所形成复合物的作用力最强, 在非极性溶剂中溶剂化能最弱. 由预组装体系的差示紫外光谱法研究发现, 一分子三唑酮可与两分子三氟甲基丙烯酸在氯仿中形成氢键复合物, 与分子模拟的结果一致. 在最佳模拟条件下, 合成了三唑酮的印迹聚合物, 利用吸附等温线Langmuir和Freundlich模型研究了印迹聚合物的吸附行为及识别机理. 上述方法对于分子印迹体系的筛选及分子印迹聚合物性能的预测有重要的意义.     

精细化学品绿色合成中的纳米Au催化:机遇与挑战

采用高效的催化技术实现精细有机化学品的绿色合成是目前可持续化学研究中寻求资源节约、环境友好、条件温和及原子经济的一个重要研究方向.本文综述了多相纳米Au催化剂在选择氧化、选择还原及其在"一步法"或"一锅法"有机串联反应及生物质综合利用等领域的研究进展,探讨了影响纳米Au催化性能的各种因素,评述了Au催化研究及应用的最新动态.最后对纳米Au催化技术的发展方向及绿色应用前景进行了展望.     

高性能双极性聚合物半导体材料与晶体管器件

有机聚合物半导体材料与晶体管器件是融合了化学、材料、半导体以及微电子等学科的前沿交叉研究方向.聚合物半导体材料分子是该领域研究的重要内容,其中双极性聚合物分子半导体材料,兼具了电子和空穴的双重载流子输运能力而受到学术界的广泛关注.本文总结了双极性聚合物半导体材料与器件的研究进展,重点介绍了我们在D-A型双极性聚合物分子半导体材料设计、加工技术与器件制备以及功能应用方面的研究工作,并论述了双极性聚合物分子半导体材料与器件研究过程中存在的科学问题及发展方向.     

吡啶气相光氯化反应机理的理论研究──夺氢机理过渡态和IRC解析

氯自由基与吡啶分子发生夺氢反应生成2-氯吡啶、3-氯吡啶和4-氯吡啶等不同产物主要由两个连续的基元反应组成.研究了生成不同氯代产物的每一个基元反应过渡态,计算比较了不同反应路径活化能的高低,结果表明,不同产物以生成2-氯吡啶的活化能最低,生成2-氯吡啶两个连续基元反应的活化能分别为8.33kJ/mol和1.51kJ/mol,反应优先生成2-氯吡啶,并对邻位反应路径进行了键级、净电荷密度和IRC解析.     

甲基化试剂的研究进展

甲基是生物活性分子和药物分子的重要砌块,是组成复杂分子的重要结构单元.对复杂分子进行甲基修饰一般通过甲基化反应来实现,主要有亲核进攻、亲电进攻或自由基等途径.本文通过对文献的整理和总结,介绍了过去几十年常用于甲基化反应的甲基试剂,主要包括亲电甲基化试剂和亲核甲基化试剂.重点介绍了近年来发展的新型甲基试剂和新型甲基化反应,并对其反应机理进行了探讨.我们期望本文能够帮助科研工作者了解甲基化的发展和各种甲基化方法的优缺点,从而激发他们对甲基化领域的研究兴趣.     

肽基超分子胶体

肽基超分子胶体是基于肽分子间超分子作用,自发形成且具有有序分子排布及规整结构,兼具传统胶体及超分子特性的组装体系。利用超分子弱相互作用构筑功能性胶体,不仅是人们对生命组装进程深入理解的有效手段,也是实现优异的超分子材料的重要途径。肽分子具有组成明确、性能可调、生物安全性高及可降解等优势,是超分子化学、胶体与界面化学领域重要的组装基元。基于肽的超分子自组装,能够实现多尺度、多功能的生物胶体的构筑,被广泛应用于医药、催化、能源等领域。如何通过对肽序列的设计及分子间作用力的调控,实现对胶体结构和功能的精确控制,是近年来研究的重要课题之一。从分子尺度研究和揭示超分子胶体的组装过程及物理化学机制,探究胶体结构与功能的关系,是实现超分子结构和功能化的重要内容。本文基于"分子间作用的调控"及"结构与功能的关系"两个基本科学问题,系统地综述了肽基超分子胶体的组装机制、结构与功能,以及研究现状。     

基于配位辅助的烯烃催化不对称炔氢化

烯烃的不对称氢官能团化是一个重要的研究方向.从简单的烯烃原料出发,通过该方法可以高效构建手性分子.多取代烯烃的不对称氢官能团化仍然是一个挑战.一方面,烯烃有两个反应位点,反应的区域选择性需要进行有效的控制.另一方面,如果反应生成了多个手性中心,则涉及到非对映选择性的控制.此外,还需要控制反应的对映选择性.因此,此类研究的关键在于如何发展有效的催化体系,以同时实现区域选择性、非对映选择性及对映选择性的高效控制.针对这一问题,我们采用配位辅助策略,利用底物中的配位基团及烯烃与金属中心形成双位点配位模式,从而有效控制烯烃转化的区域选择性及立体选择性.以烯烃不对称炔氢化作为模型转化,以研究多取代烯烃催化不对称转化中的选择性控制.