粉末X射线衍射法监测发光有机分子结构转化的综合实验教学

结合粉末X射线衍射技术在物相分析领域的应用设计了一个综合创新性实验。实验内容主要包括利用粉末X射线衍射技术监测激发态分子内质子转移(Excited-state intramolecular proton transfer,ESIPT)有机分子在溶剂熏蒸下的结构转化过程。本实验综合培养了学生对粉末X射线衍射仪的操作技巧以及数据处理分析能力,提高了学生利用现代科学仪器来解决实际问题的能力。     

大环镍(Ⅱ)配合物与扁桃酸的手性识别

外消旋大环镍(Ⅱ)配合物[Ni (rac-L)](ClO₄)₂分别与l-和d-扁桃酸阴离子在乙腈/水溶液中反应,通过手性识别得到六配位的[Ni (_RR-L)(S-Man)]ClO₄(1)和[Ni (SS-L)(R-Man)]ClO₄(2)对映异构体(L=5,5,7,12,12,14-六甲基-1,4,8,11-四氮杂环十四烷,Man=扁桃酸)。当[Ni (rac-L)](ClO₄)₂与dl-扁桃酸阴离子反应时得到一对对映体等量存在的共聚物,其中大环配体中RR和SS构型分别优先与l-和d-Man^- 配位形成外消旋混合物,反应过程中发生了手性识别现象,每颗晶体均为手性对映体。当[Ni (rac-L)](ClO₄)₂分别与结构类似的dl-2-苯基丙酸和dl-托品酸阴离子反应时,分别得到化合物[Ni (rac-L)(dl-PPA)]ClO₄(3)(PPA=2-苯基丙酸)和[Ni (rac-L)(dl-Tro)]ClO₄(4)(Tro=托品酸)。X射线单晶衍射结果表明,4个配合物中Ni (Ⅱ)离子均与折叠大环配体L的4个氮原子和2个来自羧基与羟基的氧原子(1和2),或羧基氧原子(3和4)顺式配位,形成六配位八面体构型。配合物1和2属于一对对映异构体,分别通过[Ni (_RR-L)(S-Man)]⁺和[Ni (SS-L)(R-Man)]⁺分子间氢键作用形成一维之字形链状结构。配合物1和2的单手性特征与圆二色(CD)谱测定结果一致。     

钾改性氧化铝基羰基硫水解催化剂及其失活机理

天然气、油田伴生气、高炉煤气等化工生产过程中伴生COS气体,不仅会腐蚀管道和毒害催化剂,还会严重污染环境并危害人类健康。COS催化水解反应可在温和条件下高效的将COS脱除,是最具应用前景的COS脱除技术之一。碱金属元素因其具有独特的电子供体性质、表面碱性和静电吸附等特性,常被用作助催化剂以提高Al₂O₃的COS催化水解性能。近年来,以钾为助剂改性的Al₂O₃催化剂(K₂CO₃/Al₂O₃)在COS催化水解反应中得到广泛的应用,但由于负载在Al₂O₃上的K物种的组成复杂,目前研究者对K₂CO₃/Al₂O₃催化剂上COS水解机理的理解仍存在一定的困惑和争议。本论文通过湿法浸渍法合成出一系列钾盐和钠盐改性的Al₂O₃催化剂,并利用各类先进的表征技术对这些催化剂进行分析。活性测试表明,以K₂CO₃、K₂C₂O₄、NaHCO₃、Na₂CO₃和NaC₂O₄改性Al₂O₃催化剂均有助于COS的水解。其中K₂CO₃/Al₂O₃拥有最佳的COS水解性能,连续运行20 h后其COS转化率仍高于~93%,远远优于未改性的Al₂O₃ (~58%)。我们利用原位红外光谱和X射线光电子能谱探明了反应过程中催化剂的化学结构特征,阐明了H₂O分子在K₂CO₃/Al₂O₃上的水解作用机制。原位红外表明COS在K₂CO₃/Al₂O₃上的水解过程中形成了硫代碳酸氢盐中间产物。X射线光电子能谱表征证明催化剂的失活主要是因为催化剂表面积累了硫酸盐和单质硫。此外,我们还研究了水蒸气含量对COS水解性能的影响,研究发现,由于H₂O和COS分子在催化剂表面存在竞争吸附,过量的H₂O会引起催化活性的下降。上述研究表明,K₂CO₃/Al₂O₃催化剂上COS水解性能的提高主要是形成了HO-Al-O-K界面活性位。更为重要的是,所制备的催化剂都是在模拟工业工况条件下进行的,这为后续的工业应用提供了宝贵理论指导。本工作为理解助剂钾在Al₂O₃催化剂上COS水解活性的增强提供了新的见解,这为未来设计稳定高效的COS水解催化剂打开了新的发展方向。     

超分子组装在二维材料基室温甲醛传感材料中的应用

甲醛作为室内空气中的主要挥发性有机化合物之一,对人体的健康产生了极大的威胁,因此对甲醛进行检测具有重要意义.传统的电阻式气体传感器一般基于低成本和高灵敏的金属氧化物,但其较高的操作温度和较低的选择性限制了它们的实际应用.开发高性能室温甲醛传感器迫在眉睫,其核心则是寻找性能优异的室温甲醛传感材料.二维材料由于具有独特的物理化学性质和电学性能,成为高性能室温甲醛传感器的热门候选材料.另一方面,超分子组装作为一种温和的材料修饰改性策略,也为大幅提高二维材料的室温甲醛传感性能提供了可能.本文整理了近年来基于二维材料的室温甲醛传感相关工作,总结了甲醛气体分子的传感机制,梳理了二维材料的分类与特性,归纳了用于室温甲醛传感的基于二维材料“主体”的超分子组装策略,并着重介绍了二维材料基超分子组装材料在电阻式室温甲醛传感中的应用,并对二维材料基室温甲醛传感材料的未来发展进行了展望.     

吲哚咔唑类异构体芳香性的研究

分别采用拓扑共振能(E_TR)和环电流(RC)方法对吲哚咔唑类化合物的全局芳香性进行了研究.根据E_TR结果,预测所有化合物都具有芳香性.分别用键共振能(BRE)和回路共振能(CRE)方法揭示了它们的局部芳香性.BRE和CRE研究结果表明,在吲哚咔唑类化合物中,由于六元环内电子的离域化程度比五元环内电子的离域化程度强,因此六元环比五元环表现出较强的局部芳香性.此外,外部六元环比中间六元环具有较强的局部芳香性.计算得到的RC结果表明,所有化合物都产生反磁性环电流,化合物产生的反磁性RC强度与它们的¹H NMR化学位移之间具有很好的一致性.     

氧化还原媒介体分子调控锂-硫电池硫正极性能研究进展

锂-硫(Li-S)电池具有较高的理论比容量(约1 675 mAh·g^-1)和能量密度(约2 600 Wh·g^-1),被认为是继锂离子电池之后最有前途的下一代高能量密度电池.Li-S电池在实现产业化之前需要克服硫正极诸多技术瓶颈,主要有硫的导电性差、多硫化物的穿梭效应与硫电极体积膨胀等.本文着重梳理了氧化还原媒介体分子在硫正极改性研究上的进展,并对硫正极的未来发展趋势进行了展望.     

基于主客体作用的根皮苷药物可控释放研究

根皮苷在新型药物和天然保健食品开发中具有广泛的应用前景,因其成分的复杂性和低溶解性,对根皮苷的研究极具挑战性。本文通过核磁共振、紫外可见光谱及荧光发射光谱等检测手段,研究了羟丙基-β-环糊精对根皮苷客体的分子识别能力。结果表明,羟丙基-β-环糊精增强了根皮苷在水中的溶解度,在水中形成摩尔比为1∶1的主客体络合物,络合常数为2.35×10² L·mol^-1。羟丙基-β-环糊精的加入造成了根皮苷的荧光猝灭,金属离子与根皮苷竞争结合羟丙基-β-环糊精会造成包合物的荧光增强,Fe³⁺与羟丙基-β-环糊精的键合常数达1.52×10⁴ L·mol^-1,可为根皮苷的药物研究提供理论研究。     

聚(碳酸丁二醇酯-co-三环癸烷二甲醇碳酸酯)的制备与性能

采用熔融酯交换和缩聚两步法,合成了以1,4-丁二醇、4,8-三环[5.2.1.0(2,6)]癸烷二甲醇和碳酸二苯酯为原料的聚(碳酸丁二醇酯-co-三环癸烷二甲醇碳酸酯)(PBTCx, x为进料中TCD占二元醇总量的百分比)。用1H NMR和13C NMR对PBTCs的微观结构和组成进行了表征。采用GPC、 DSC、 XRD、 TG对PBTCs的分子量、玻璃化转变温度(Tg)、热稳定性等进行了研究。结果表明,PBTCs的Mw为10500~124800 g?mol-1, Mn为6300~73000 g?mol-1, PDI为1.59~1.73; PBTCs呈无定形态、Tg为-3.43 ℃~70.90 ℃, PBTCs表现出比PBC更高的热稳定性。薄膜拉伸试验结果表明,PBTC30(拉伸强度为33.54 MPa,断裂伸长率为275.69%)和PBTC40(拉伸强度为32.13 MPa,断裂伸长率为294.63%)具有较高的强度和韧性,在薄膜材料中具有一定的应用潜力。     

吡嗪类碳酰肼化合物与CT-DNA相互作用及体外抑菌

以5-氯吡嗪-2-羧酸甲酯和水合肼为原料,经亲核取代和脱水缩合反应合成了3种新型吡嗪类碳酰肼化合物C13H14N6O(a)、C13H14N6O2(b)和C12H12N6O2(c)。采用元素分析与核磁共振氢谱对化合物a~c进行了表征,结果表明合成的产物即为目标化合物。通过溶剂挥发法培养得到了化合物a的单晶并利用X-射线单晶衍射测定化合物a的晶体结构为单斜晶系。根据紫外-可见光谱可知,化合物a~c均以插入模式与CT-DNA作用。利用微量热实验测定了化合物a~c与CT-DNA的相互作用,发现反应过程放热,热效应ΔH依次为-5.77×103、 -5.50×103和-5.96×103 kJ·moL-1,反应时间均小于40 min。通过分子对接模拟计算明确了化合物a和b与DNA的具体结合位点包括A链DC4和DG5以及B链DC4、 DG5和DA6,化合物c与DNA的具体结合位点包括A链DC4和DG5以及B链DC4和DG5。采用牛津杯法测定了化合物a~c对枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌以及大肠杆菌四种细菌的抑菌活性,结果表明化合物a~c均对铜绿假单胞菌表现出优于阳性对照组四环素的抑菌活性。     

巴马汀/非洲防己碱的合成及其降糖活性的研究

巴马汀和非洲防己碱是原小檗碱类生物碱,具有广泛的生物活性,然而其在自然界中含量较少影响了其应用。为了扩大巴马汀和非洲防己碱的来源,提高黄连的综合开发利用价值,以黄连地上部位合成巴马汀和非洲防己碱。运用¹H NMR和HR-MS对其结构进行表征,通过细胞实验和分子对接研究其降糖活性及作用机制。结果表明：黄连地上部位总生物碱提取率为1.4%,由总生物碱合成巴马汀和非洲防己碱的产率分别为43.0%和29.8%,二者总收率分别为0.6%和0.4%;经过100μmol/L浓度药物处理,巴马汀和非洲防己碱能够显著提高HepG2细胞的葡萄糖消耗,与MAPK1、 AKT1、 TP53、 RELA和TNF受体靶蛋白的结合能均小于-5 kcal/mol。本研究以黄连地上部位成功合成具有降糖活性的巴马汀和非洲防己碱,MAPK1、 AKT1、 TP53、 RELA和TNF可能是其潜在靶标基因,其中非洲防己碱可作为先导化合物进行深入研究。