氨合成催化剂100年:实践、启迪和挑战

Haber-Bosch发明的氨合成催化剂创立已经100周年. 介绍了氨合成催化剂在理论和实践方面的发展、成就及其启迪,展望了氨合成催化剂的未来和面临的新挑战. 催化合成氨技术在20世纪化学工业的发展中起着核心的作用. 一个世纪以来,氨合成催化剂经历了Fe3O4基熔铁催化剂、Fe1-xO基熔铁催化剂、Ru基催化剂等发展阶段,以及钴钼双金属氮化物催化剂的发现. 实践表明,氨合成催化剂是多相催化领域中许多基础研究的起点和试金石,没有别的反应象氨合成反应一样,能够把理论、模型催化剂和实验连接起来. 催化合成氨反应仍然是多相催化理论研究的一个理想的模型体系. 理解该反应机理并转换成完美技术成为催化研究领域发展的基本标准. 这个永不结束的故事仍然没有结束. 除了关于反应的基本步骤、真实结构、亚氮化物这些问题之外,催化合成氨在理论上一个新的挑战是关于在室温和常压下氨合成的预测,包括电催化合成氨、光催化合成氨和化学模拟生物固氮以及包括氮分子在内的催化化学研究中几种最稳定的小分子的活化方法等.     

以Rh催化费托合成为例简述微观动力学在物理化学教学中的应用*

借助Rh催化费托合成反应,探讨了微观动力学模拟软件MKMCXX在物理化学化学动力学章节教学中的应用。以密度泛函理论(DFT)计算的能垒和反应热为基础,通过MKMCXX软件构建微观动力学模型,计算各中间物种的表面覆盖度、反应速率、反应级数与表观活化能,使学生能够直观地理解化学动力学。     

抗体催化的氨酰化反应

酰基转移反应在许多生物学或化学过程中都起着十分重要的作用。氨酰tRNA合成酶在蛋白质生物合成中起关键作用。它催化tRNA的终端腺苷上2′,3′-二醇的酯化反应。伯克利化学系的Schultz小组最近提出这样一个问题,能否产生催化这类反应的抗体。这样的抗体也许会加速tRNA与新氨基酸的氨酰化,可用于蛋白质的生物合成研究。他们发现,针对磷酸二酯过渡态类似物产生的一种     

抢答比赛在化学课堂练习中的运用

在化学课堂练习中,适当采用抢答比赛的方法,不仅能激发学生学习化学的兴趣和求知欲,培养他们思维敏捷,反应准确的能力,还能达到始终保持学生活跃的思维状态。本文试以硝酸的性质这一内容为例说明如下。     

连续流动电化学促进的Aza-Wacker环化反应

正饱和N-杂环结构片段广泛存在于各类天然产物和生物活性物质中,且有研究表明提高小分子药物的饱和度有益于改善其临床表现[1].鉴于此,饱和N-杂环化合物的合成受到化学家的广泛关注.在众多饱和N-杂环合成的方法中, Aza-Wacker环化反应显示出独特的优越性,这类反应以胺作为亲核试剂,合成具有烯烃支链的饱和氮杂环分子,产物可方便地进行多样化衍生.经过一段时间的发展,这类反应能够在催化量钯试剂及氧气为氧化剂的条件下完成[2].该反应需要经过氨钯化历程生成产物,该步骤具有可逆性,且受烯烃位阻效应影响,致使一些多取代烯烃的Aza-Wacker环化反应仍具有很大挑战.发展无贵金属试剂、无化学氧化剂条件下的Aza-Wacker环化反应则有利于立足新机理,拓展反应底物的实用范围,同时能有效降低反应成本,发展绿色合成化学[3].     

氨的制造的教学法

苏联共产党第十九次代表大会的决议指示出化学教师应该提高关于综合技术教育的教学质量,更密切地联系学习与生活,使学生认识重要化学生产的科学原理。氨的制造是属于重要化学生产之列的。研究氨的制造是具有重要的教育教养意义。这课题的材料,可以提供作复习和更深入地去认识以前所熟悉的物质的性质和扩大瞭解关于反应进行的条件,以及在工业上的管理方法.在八年级末学期已经学过硫酸的制造,从而熟悉了一些化学工业制造原理,如阶段的划分和流水作业的装置,扩大反应物质的表面,逆流原理,温度和压力的影响,热的交换等等,在研究氨的制造中巩固了这些原理,并且增加了关于适当的压力和循环作业的利用等概念。     

从高分子化学的一个趣味实验谈如何培养学生的综合实验能力

高分子化学是一门实验性很强的学科,是高分子材料合成、加工和应用的基础,也是高分子专业研究生入学考试必考的科目之一,但如何提高学生们的实验观察能力和动手操作能力成为近些年来各高校培养学生的重点课题。而在高分子化学实验合成方法中,悬浮聚合方法由于反应温度低、操作方便、反应过程容易散热、聚合物粒度容易控制、水为分散介质廉价等优点,在橡胶、塑料等高分子材料合成工艺中被广泛应用。本文以高分子化学悬浮聚合实验为例,从"看"、"听"、"摸"、"嗅"多个角度向学生们展示了高分子化学反应在不同反应条件下及不同反应阶段所表现出的实验现象及反应结果,旨在提高学生们的综合实验能力,使之早日踏上科研探索之路。     

对高二化学课本“氮和磷”章的两点意见

(一)第四节“化学平衡”中,用氨的合成和分解来说明在一定的反应条件下达到平衡的反应混和物的百分组成是一定的。课文中提到:“用纯净的氨,使它在同样温度和压力下,接触同样的催化剂,结果,只有90.8％的氨超了分解而留下39.2％的氨,”(见第13     

介绍有机化学中的几种计算习题

化学计算习题可以帮助学生巩固和加深一些重要的概念,能应用它们来检查学生掌握知识的情况。更重要的是能使学生具体地运用已得的知识来解决运算的题目,既能培养学生推理能力又能训练学生独立计算能力。通过知识的运用和思维的活动,帮助他们自觉地掌握教材和激发他们学习化学的兴趣。此外通过计算还能使学生了解生产上的使用原料和实际产量的关系等等。中学有机化学部分的计算习题的类型是比较少     

怎样讲授化学计量法

化学计量是化学中的一个基本概念。但是,在中学阶段,采用惯常的那种讲授方法进行教学,并不能使学生十分明瞭化学计量的实际意义。现在作者发现,在讲授化学计量时,用一个实在的问题展示给学生,可以帮助他们了解这一概念的重要意义。例如学生做NaHCO3加热分解生成Na2CO3的实验（即工业上用以制取纯碱的反应）,并分析其结果。     

混合三聚反应及结构的研究 II: 单核及双核铁混合三聚反应的研究

通过甲酰基二茂铁与取代水杨醛和氨反应, 直接合成了含一个二茂铁的混合三聚产物, N,N'-二[2-羟基-5-取代苄烯]二茂铁甲二胺. 茂环上碳原子的化学位移^1^3C NMR与苯环上R取代基的Hammett常数之间存在着很好的线性关系. 循环伏安法测出的E1/2也与hammett常数之间存在着很好的线性关系. 通过混合三聚反应, 也合成了另一类含两个二茂铁化合物, N,N'-二[二茂铁甲烯]-2-羟基-5-特丁基苯甲二胺. ^1H及^1^3C NMR表明, 分子内由于氢键和立体效应的影响, 导致两个茂环上的化学环境不等性.     

混合三聚反应及结构的研究 II: 单核及双核铁混合三聚反应的研究

通过甲酰基二茂铁与取代水杨醛和氨反应, 直接合成了含一个二茂铁的混合三聚产物, N,N'-二[2-羟基-5-取代苄烯]二茂铁甲二胺. 茂环上碳原子的化学位移^1^3C NMR与苯环上R取代基的Hammett常数之间存在着很好的线性关系. 循环伏安法测出的E1/2也与hammett常数之间存在着很好的线性关系. 通过混合三聚反应, 也合成了另一类含两个二茂铁化合物, N,N'-二[二茂铁甲烯]-2-羟基-5-特丁基苯甲二胺. ^1H及^1^3C NMR表明, 分子内由于氢键和立体效应的影响, 导致两个茂环上的化学环境不等性.     

Mo（O）、W（O）络合物中配位双氮基光还原氢化反应

许多过渡金属双氮基络合物已经合成并分离出来，其中一些配位的双氮基可以被还原质子化转变成肼或氨。不过，这一过程迄今都还是化学计量反应。欲使这一反应达到催化循环，必须消耗过量的还原剂，或外加其他能量(如电能)，以求达到提供电子和维持过渡金属     

用于乙烷氨氧化反应的高效Sb2O3/Co-ZSM-5催化剂

低碳烷烃（C1～C4）广泛存在于石油气、天然气、焦炉气及石油裂解气中，因其容易获得且成本低廉，以它们为原料直接转化合成其它化工产品无论在技术上还是在商业方面都有很大的吸引力．低碳烷烃的催化氨氧化是对其有效利用的途径之一．目前对低碳烷烃氨氧化的研究主要集中在丙烷上，对乙烷氨氧化制乙腈的反应研究尚处在探索阶段．与丙烷相比，乙烷的化学活性较低，一般需在较为苛刻的条件下才能反应，且对主产物的选择性较低．     

混合三聚反应及结构的研究——Ⅱ.单核及双核铁混合三聚反应的研究

通过甲酰基二茂铁与取代水杨醛和氨反应,直接合成了含一个二茂铁的混合三聚产物,N,N′-二[2-羟基-5-取代苄烯]二茂铁甲二胺.茂环上碳原子的化学位移~(13)CNMR与苯环上R取代基的Hammett常数之间存在着很好的线性关系.循环伏安法测出的E_(1/2)也与Hammett常数之间存在着很好的线性关系.通过混合三聚反应,也合成了另一类含两个二茂铁化合物,N,N′-二[二茂铁甲烯]-2-羟基-5-特丁基苯甲二胺.~1H及~(13)CNMR表明,分子内由于氢键和立体效应的影响,导致两个茂环上的化学环境不等性.     

合成氨反应动力学平衡常数与热力学平衡常数的关系

根据当前普遍被接受的氨合成和氨分解机理,明确了氨合成及分解反应的速度控制步骤,确定了氨合成和氨分解反应的动力学方程,进而导出合成氨反应的动力学平衡常数表达式,与热力学平衡常数进行了比较,明确了2者之间的关系。有助于理解合成氨热力学平衡常数与反应速率的关系。     

《高分子化学》聚合机理教学中有机化学知识的衔接利用

高分子化学是在有机化学基础上发展而成一门学科,高分子的合成反应与有机小分子的合成反应密切相关,特别是高分子合成反应机理的学习中大量应用到有机化学的基础知识.因此,在高分子化学教学中有效利用有机化学知识是帮助学生更好理解和掌握高分子化学反应机理相关知识的关键.本文根据笔者教学实践,从烯类单体聚合活性及机理、自由基聚合阻聚机理、配位聚合机理等方面以实例形式探讨了如何利用有机化学知识帮助解释高分子化学中反应活性及反应机理.     

鞘氨醇的化学

动植物细胞中鞘脂及其代谢产物鞘氨醇等具有多种生理作用，是生命体传递信息的化学信使。鞘氨醇等的合成在有机合成界形成了一个经久不衰的热潮，应用各种新技术的合成方法不断出现。本文主要综述了鞘氨醇等衍生脂质的化学研究，特别是它们的化学合成进展。     

微型高分子化学实验研究

高分子化学是高分子材料及相关专业重要的技术基础课。高分子化学实验是使学生进一步了解、掌握聚合物的合成、大分子反应、聚合物结构表征的基本方法和培养学生实际动手能力的重要手段。     

点击化学作为分子连接工具:机遇与挑战（英文）

2022年诺贝尔化学奖授予点击化学以及生物正交化学领域的三位科学家,显示了点击化学在当代合成领域的重要地位.点击化学本质是一类连接反应,旨在通过将不同单元分子高效地拼接在一起,最终得到具有特定结构与功能的分子.在传统有机化学中,碳碳键的合成通常具有较大难度,因为它们涉及较低的化学驱动力和较多的副反应.点击化学强调开发基于碳杂原子键的新型组合化学反应,并通过这些反应简单有效地获得多样性分子.点击化学的发展将科学家们从复杂、专业性强的有机合成中解放出来,使他们可以专注于分子功能的开发,一定程度拓宽了合成化学的应用范围.基于点击化学的优越性能,其在聚合物合成以及生物医学等领域表现出了非常广泛的应用前景.本文简要概述了几种涉及不同底物和催化剂类型的典型点击反应,并尝试解释这一领域背后的发展逻辑.此外,阐述了点击化学在现代科学,尤其是聚合物合成和生命科学等领域的应用,及其目前存在的局限性和未来可能的发展方向.点击反应的主要特征包括产率高、选择性好、副产物无害且易分离、反应条件简单、原料易得、符合原子经济性和应用范围广等.典型的点击化学包括亲核开环反应、环加成反应、保护基反应、碳碳多键加成反应和施...