化学基元组学与药物创新

化学基元组学（chemomics）是与化学信息学、生物信息学、合成化学等学科相关的交叉学科．生物系统从内源性小分子（天然砌块）出发,通过酶催化的化学反应序列制造天然产物．生物系统通过化学反应和天然砌块向目标天然产物“砌入”一组原子,这样的一组原子称为化学基元（chemoyl）．化学基元组（chemome）是生物组织中所含有的化学基元的全体．化学基元组学研究各种化学基元的结构、组装与演化的基本规律．在生存压力和繁衍需求的驱动下,生物系统已经进化出有效手段来合成天然产物以应付环境的变化,并产生了丰富多彩的生物和化学多样性．近年来,人们意识到药物创新的瓶颈之一是药物筛选资源的日益枯竭．化学基元组学可以解决这个瓶颈问题,它通过揭示生物系统制备化学多样性的规律,发展仿生合成方法制备类天然化合物库（quasi natural product libraries）以供药物筛选．本文综述了化学基元组学的主要研究内容及其在药物创新各领域中的潜在应用．     

三尖杉酯碱侧链酸的不对称合成及结构表征

以N-Boc苏氨醛为起始原料,经Wittig、Meisenheimer重排和催化氢化系列反应,不对称合成了天然产物三尖杉酯碱的侧链酸,中间体及目标产物结构经核磁共振(1 H NMR、13 C NMR)、红外光谱和质谱表征.结果表明,所用合成方法具有产率高、反应条件温和、操作简单等优点;目标化合物的总收率达30%.     

电感耦合等离子体质谱法测定吉祥草根茎中多种金属元素含量

吉祥草根茎样品经微波消解处理,采用电感耦合等离子体质谱法测定样品溶液中27种金属元素的含量。使用碰撞反应池技术消除了多原子离子对锂、铍、硼、镁、铝、钴、镍、镓、铷、锶、碲、钡、铋和铀等14种元素的干扰。方法的检出限(3s)在0.003～9.79μg.L-1之间。方法用于吉祥草根茎样品的分析,回收率在92.0%～106%之间,相对标准偏差(n=8)在0.06%～4.4%之间。     

石化废水中常见有机酸的液相色谱分析

利用高效液相色谱(HPLC)法同时检测石化废水中丙烯酸、对甲基苯磺酸、甲基丙烯酸。 水样调节pH=1.6,经0.45 μm醋酸纤维滤膜过滤后直接进行色谱分析。 色谱条件：流动相为体积比93∶7的磷酸盐缓冲溶液(pH=3)和乙腈,流速1.0 mL/min,ZORBAX-SB-C18色谱柱,柱温30 ℃,MWD检测器,检测波长195 nm,进样量10 μL。 丙烯酸、对甲基苯磺酸、甲基丙烯酸的最低检出限分别为0.030、0.028和0.050 mg/L;样品测定的相对标准偏差分别为1.83%、0.69%和0.84%;样品加标回收率96%~112%。     

载银二氧化钛纳米管表面pH敏感膜构建及其抑菌特性

采用表面涂覆硅烷偶联剂KH550、两步光接枝、阳极氧化等方法,在钛表面成功制备出一种pH型敏感膜覆盖的载银二氧化钛（TiO₂）纳米管阵列。利用扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、能谱分析（EDS）、原子吸收光谱（AAS）对该pH敏感膜覆盖的载银TiO₂纳米管阵列理化性能进行了表征,采用抑菌环实验定性考察了样品的抗菌特性,并计算其抑菌率。结果表明,含银离子溶液在毛细管力作用下大量进入TiO₂纳米管中,并在pH型敏感膜的调控下,使银离子在不同pH环境下具备不同的释放行为,从而达到良好的控释效果;载银TiO₂纳米管的抑菌率与银离子负载量成正比,且抗菌性能持久。     

纳米CuFe2O4-rGO复合材料的制备及电化学性能

采用溶剂热法成功制备了纳米CuFe₂O₄-rGO复合材料。通过X射线衍射（XRD）,扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和电化学工作站对样品的结构、形貌及电容特性进行表征。结果表明,CuFe₂O₄纳米粒子均匀地分散在石墨烯片层间,其中CuFe₂O₄-20% rGO复合材料具有最优的电化学性能,当电流密度1 A·g^-1时,其比电容为1 952.5 F·g^-1,当电流密度为1 A·g^-1时,CuFe₂O₄-20% rGO复合材料经1 000次充放电后的比电容保持率为86.17%。     

高振实密度圆饼状LiFePO4/C的制备及电化学性能

以乙二醇为溶剂,采用溶剂热法一步合成圆饼状LiFePO₄,然后以葡萄糖为碳源与合成的LiFePO₄前躯体高温烧结得到碳包覆的LiFePO₄/C复合材料,其振实密度高达1.3 g·cm^-3。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对LiFePO₄/C复合材料进行了物相和形貌表征,研究结果表明制备得到的LiFePO₄呈圆饼状,且生成的圆饼是由单晶LiFePO₄纳米片堆积而成。此外,LiFePO₄颗粒表面碳层包覆均匀。将制备的LiFePO₄/C用作锂离子电池正极材料,电化学性能测试表明其具有高的充放电比容量(在0.1C时放电,其初始放电比容量为157.7 mAh·g^-1)与良好的循环性能(500次循环后容量保持率为82.4%)。     

AlF3包覆天然石墨负极材料的制备及其电化学性能

以天然石墨为原料,通过机械高速分散设备将天然石墨和AlF₃在液相介质中充分混合,混合液喷雾干燥后获得颗粒形态均匀分散的AlF₃包覆天然石墨（NG）复合负极材料（AF/NG）。一方面AlF₃包覆层有助于在天然石墨表面形成稳定的SEI膜,提升材料的循环稳定性;另一方面AlF₃的引入改善了锂离子在天然石墨内外的迁移与扩散,提升复合材料的倍率性能,0.5C倍率下放电比容量达到278 mAh·g^-1,同等倍率下比未包覆AlF₃样品提高了78 mAh·g^-1。合成工艺简单易管控,适合规模化商业生产。     

基于3-氨基-1，2，4三唑-5-甲酸的锌(Ⅱ)/锰(Ⅱ)配合物的合成、晶体结构及性质

以3-氨基-1,2,4三唑-5-甲酸（HAtca）为配体,通过水热法和溶液扩散法分别设计合成了2个结构新颖的配合物[Zn（Athy）Br]_n（1,HAthy=3-氨基-5-羟基-1,2,4三唑）和[Mn（Atca）₂（H₂O）₂]（2）。单晶结构分析表明配合物1和2分别属于正交和单斜晶系,结晶于Pbca和P2₁/c空间群。配合物1为2D层状结构,配合物2是单核配合物。在配合物1中不存在氢键,而配合物2中含有丰富的氢键作用,并且通过氢键的作用形成了3D网格结构。在固态下,配合物1和2分别在360,462 nm和382,402 nm处显示有较强的荧光发射,且配合物2较1有60 nm的蓝移。     

纳米CoSe修饰氮掺杂多孔碳的可控制备及其锂硫电池多硫化物的催化转化效应

锂硫电池中较差的循环稳定性和倍率性能是实现锂硫电池商业化的技术障碍,其主要原因之一是多硫化物在硫电极内的电化学转化动力学较为缓慢。为此,我们以ZIF-9为前驱体,采用先碳化,再酸化刻蚀,最后硒化的方法合成了含少量催化剂的CoSe修饰氮掺杂多孔碳(CoSe/NC)电极材料,以期提高硫电极内多硫化物的电化学转化动力学性能,并通过流动液相三电极体系对该材料进行电化学动力学表征。结果显示,相较于对比材料,CoSe/NC能够加快多硫化物的氧化还原反应速率,在 0.2mA·cm^-2电流密度下,多硫化物氧化还原反应在CoSe/NC电极上有最小的反应过电位;同时,在0.1 V过电位下,各氧化还原反应也有最大的响应电流。因此,将 CoSe/NC作为硫宿主材料组装电池展现了优异的电化学性能：在 1C(1C=1 675 mA·g^-1)下初始放电比容量为1 068 mAh·g^-1,经过500次循环后,可逆容量仍保持在693 mAh·g^-1。另外,在3C的高电流密度下,放电比容量可高达819 mAh·g^-1。