计算化学在正丁醚制备实验教学中的应用*

正丁醚的制备是重要的大学有机化学实验,为提高学生对该实验所涉及的反应机理和关键操作要点的深入了解,采用Gaussian计算软件对正丁醇在酸催化下和无催化剂下的反应体系进行了研究,重点考察了酸催化下反应的主、副反应方向的反应机理。结果表明无催化剂下,正丁醇在常压液相下几乎不能发生反应;在酸催化下,正丁醇发生取代反应生成醚的反应路径是优势反应通道;酸催化下正丁醇的取代和消除反应速率常数均随温度增加而迅速增大,但消除反应的反应速率随温度增加更快,温度超过420 K消除反应将变得很明显,综合考虑,制备正丁醚的反应温度应控制在130~140 ℃之间较为合适。利用计算化学以图、表和动图等形式直观、动态、量化地解释了正丁醇成醚和成烯反应的竞争,该结果有助于更好地控制该反应体系,可用作实验教材的补充内容。     

有机催化吲哚碳环上的不对称Friedel⁃Crafts烷基化反应

将金鸡纳碱衍生物双功能催化剂用于有机催化羟基吲哚与靛红的不对称Friedel-Crafts反应, 筛选出最佳反应条件: 催化剂为5%(摩尔分数)6′-脱甲基奎尼丁(1b), 溶剂为四氢呋喃, 反应温度 0 ℃. 以67%~91%的产率和最高达97%的对映选择性获得了苯环上取代的羟基烷基化产品. 拓宽了该反应的催化剂类型和底物范围.     

富氮多孔有机聚合物催化制备α⁃氰基肉桂酸乙酯

α-氰基肉桂酸乙酯作为含多种官能团的缺电子烯烃, 是一种极具应用价值的有机合成反应底物, 主要通过催化Knoevenagel缩合反应获得. 本文以多聚甲醛和三聚氰胺为前驱体, 采用溶剂热法制备富氮多孔有机聚合物mPMF, 经K₂CO₃处理得到K₂CO₃-mPMF-X(X=1, 10, 50). 考察了mPMF在苯甲醛和氰乙酸乙酯Knoevenagel缩合反应中的催化性能, 通过mPMF与K₂CO₃-mPMF-X催化活性的比较, 探讨了碱性强弱对Knoevenagel缩合反应的影响, 并对催化反应机理进行了探索. 结果表明, 催化剂中丰富的氮物种为反应提供了碱性环境和大量的碱性活性位点, 催化剂碱性强弱的控制是催化合成α-氰基肉桂酸乙酯的关键因素. mPMF在甲醇溶剂中于60 ℃反应3 h后, 苯甲醛转化率为97%, 目标产物选择性在99.9%以上.     

基于硼酸酯的19F磁共振分子探针的设计合成及活体深组织活性氧物种的激活响应成像

活性氧簇(ROS), 如过氧化氢, 在生物体内的各种生理和病理过程中发挥着重要作用. 生物体内活性氧簇水平的异常与多种疾病(炎症、 肿瘤和器官损伤等)密切相关, 使ROS监测成为研究和诊断这些疾病的重要工具. 目前, 实现活体内深组织中的活性氧簇成像仍然面临挑战. 本文设计并合成了一种响应型的¹⁹F磁共振成像(MRI)探针(Gd-DPBF), 并将其用于实现对活体内通用活性氧簇的检测和成像. 该探针由钆螯合物通过活性氧簇响应的芳香硼酸酯键与含氟砌块相连接构成. 体外和体内成像实验结果证实, 该探针可以实现在活体荷瘤小鼠中针对肿瘤中高表达的活性氧进行检测和成像, 展示了其在生物体内对活性氧簇相关生理过程进行深组织、 零生物背景成像方面的潜力.     

单质硫:合成含硫杂环的优质硫源

含硫杂环化合物在药物、分子器件和材料等诸多领域应用广泛,因而其合成方法备受关注.合成含硫杂环的关键在于分子中C—S键的构建,一般通过含硫有机物或无机物参与的C—H键功能化或C—X键偶联反应来实现.单质硫价廉易得,性质稳定,是合成含硫杂环的优质硫原子供体,因而以单质硫为原料合成含硫杂环成为人们研究的热点.综述了近年来以单质硫为硫源合成各种含硫杂环的研究进展情况.     

超小纳米Co3O4耦合高含氮碳复合材料的电催化析氧性能研究

过渡金属氧化物是一种具有高效催化活性的电解水析氧反应催化剂,但低电子电导率限制了其催化活性,将活性纳米材料与导电基质材料复合,是构筑高性能电极材料或电化学催化剂的有效途径。采用溶剂热法制备了负载在C₃N₄上的聚合卟啉,经Co元素修饰和热处理后得到Co₃O₄/NC催化剂,采用XRD、SEM、TEM、XPS和FT-IR等方法对催化剂的物理化学性质进行表征。结果表明,Co₃O₄/NC-600具有超小纳米Co₃O₄结构,且其含氮量高,吡啶N与Co之间产生了协同作用,催化剂在OER反应中表现出良好的催化性能,其Tafel斜率仅为66.4 mV/dec,达到10 mA/cm²的电流密度所需的过电势为343.3 mV。     

ZIF-67/石墨烯复合物衍生的氮掺杂碳限域Co纳米颗粒用于高效电催化氧还原

燃料电池阴极氧还原(ORR)催化剂目前主要以商业Pt/C为主, 其高成本和稀缺性极大地限制了燃料电池的广泛应用. 为了替代Pt/C催化剂, 廉价高效的非贵金属催化剂目前受到了广泛的研究和关注. 利用氧化石墨烯(GO)为诱导模板, 借助表面丰富的含氧官能团, 实现了Co基金属有机框架材料(MOF) (ZIF-67)在GO表面的原位生长, 构筑了ZIF-67/GO层状复合材料. 热解过程中, 石墨烯的存在有效抑制了Co纳米颗粒的团聚, 并且很好地维持了原始的层状结构. 最终获得的Co@N-C/rGO复合催化剂材料实现了活性位的高度分散, 并且具有丰富的孔结构和优异的导电性能. 在电化学性能测试中Co@N-C/rGO表现出优异的ORR性能, 其起始电位为0.96 V, 半波电位0.83 V, 远优于ZIF-67直接热解得到的Co@N-C材料, 且性能与商业Pt/C催化剂相当. 此外, Co@N-C/rGO复合催化剂还表现出良好的催化稳定性和甲醇耐受性, 显示出该材料作为燃料电池氧还原催化剂的重要潜力.     

吲唑酮化合物合成研究进展

吲唑酮作为氮杂环分子当中的重要一员,其分子骨架不仅是有机合成当中的重要中间体,还是许多天然产物和药物分子的核心结构。因此,该类化合物的高效合成一直是合成化学家们的研究热点。本文综述了近二十年来利用过渡金属、高价碘、酸、碱、光、过氧化物以及付-克环化等方法合成吲唑酮骨架的研究进展并展望了吲唑酮化合物合成的研究方向和应用前景     

一体化电极电催化二氧化碳还原研究进展

电催化二氧化碳还原反应(E-CO₂RR)可在温和条件下将CO₂转化成高附加值燃料或化学品,近年来受到广泛关注,其在实际反应中涉及到气体扩散和多电子转移等复杂过程,构筑高效、稳定的催化电极是其发展的核心之一。然而,传统涂敷电极制备时,需要将催化剂与粘结剂混合涂覆于集流体表面,此过程会造成活性位点包埋和传质过程受限,致使催化剂活性位利用率下降,同时在反应过程中电极表面容易粉化,造成稳定性下降,难以重复利用。因此,如何调控电极反应界面,提升催化剂活性位的利用率仍面临挑战。将催化剂原位生长于集流体上得到的一体化电极可直接应用于电催化反应,不仅有利于提升活性位利用率以及电荷传输能力,还能有效调控三相界面处的微观反应环境(如pH、反应物及反应中间体的浓度等),从而实现电催化性能强化。本文综述了一体化电极用于E-CO₂RR的最新进展,分析了结构和表界面调控对E-CO₂RR性能的影响规律,并对该领域仍然存在的挑战和未来一体化E-CO₂RR电极的发展进行了评述与展望。