教学课程资源库 更多>>

关键词： 诺贝尔科学奖   有机合成   化学生物学   分子工程  

摘要： 统计百年来诺贝尔科学奖发现,有机合成化学发展经历了经典有机合成阶段、有机合成艺术阶段和科学设计阶段,预示着有机合成将继续在新试剂、新反应、新方法、新理论的发现等方面取得很大的发展,在化学生物学、分子工程和绿色化学领域里有广阔的前景。

关键词： 含氮有机化合物   金属配位键   有机合成   性能表征  

摘要： 氮族元素由于其独特的ns2np3价电子构型，易与金属或非金属原子形成配位键，受到了配位化学工作者的广泛青睐。在过去的数十年里，基于金属配位键制备含氮族元素有机化合物的研究得到了深入的发展，一些含氮、锑、铋元素化合物在有机合成、催化、生物医药、材料等领域表现出良好的应用潜力。然而，目前该领域也存在一些亟待解决的问题：（1）金属中心与配体不匹配，无法构建稳定的配位键，导致配合物极易分解，严重地限制了其进一步的应用拓展；（2）部分构建金属配位键的方法存在反应条件苛刻、原子经济性差、易造成环境污染等缺点；（3）有关配位键成键过程中热力学、动力学的研究较少，导致配合物的设计合成缺乏理论指导；（4）从分子水平对配合物结构与性能的相关性及作用机制的系统研究寥寥无几。因此，研发绿色、高效的金属配位键构建方法，探究配位键成键过程的本质以及配位键与化合物性能的相关性，对创制高附加值的含氮族元素有机功能化合物具有重要的学术价值和现实意义。\n 本文主要通过构建金属配位键的策略以制备系列具有潜在应用前景的含氮、锑、铋等元素有机功能化合物，采用核磁、单晶、元素分析、光电子能谱、密度泛函理论计算等技术手段对化合物的结构组成以及成键过程进行分析。探究了它们在有机合成、路易斯酸催化、抗肿瘤等领域的应用价值，从分子层面探究了各化合物的作用机制。取得了如下主要创新性研究结果和结论：\n 1.基于8-氨基喹啉的配位辅助作用发展了一类反应条件温和、催化体系简单、底物适用性广的Cu(OAc)2催化P(O)NH化合物与烃类物质的C(sp3)?H/N?H氧化交叉脱氢偶联反应，高效地合成了多种N,N-二取代膦酰胺类化合物。通过动力学研究首次发现了反应体系中生成的催化量醋酸副产物能够有效地加速C(sp3)?N自由基偶联反应。在无氧化剂的情况下分离出了金属活性中间体C46H40CuN4O6P2[(PN)2Cu]，通过化学计量反应与DFT计算证实了醋酸在C(sp3)?N自由基偶联反应的加速作用与中间体配合物(PN)2Cu的形成有直接联系。上述加速现象在P(O)NH化合物与烃类物质的底物拓展实验中也得到了良好的重现，证明了羧酸副产物反馈效应的普适性。此外，该方法在50倍放大实验和连续合成实验反应性较好，具备潜在的工业应用前景。\n 2.基于分子内配位辅助的策略实现了铜(0)促进P(O)NH化合物和芳硼酸的C(sp2)?N交叉偶联反应，高效地制备了系列N,N-二取代膦酰胺类化合物。该反应体系无需使用任何外加配体及酸碱添加剂，在室温氧气氛围下利用廉价、易得的铜粉即可实现C(sp2)?N的构建，并可适用于多种具备不同电子效应和位阻效应的芳硼酸以及二芳基次膦酰胺、二烷基次膦酰胺、膦酰胺等P(O)NH底物。控制实验证实该反应不涉及自由基历程，且选择合适的配位辅助基团对C(sp2)?N交叉偶联反应起到了至关重要的作用。最后，基于XPS的实验结果推测了在上述反应历程中铜组分会经历Cu(0)→Cu(I)→Cu(II)的转变，且二价铜组分是反应体系的静息态。\n 3.基于八元环状锑的母体结构，通过调变配体结构以及对应阴离子设计制备了12种有机锑(III)配合物，考察了各配合物在胺、醛、酮的区域选择性Mannich反应，醛、酮的区域选择性缩合反应，醛、胺、炔芳构化反应以及环氧化合物胺解反应中的路易斯酸催化性能。结合各配合物的氟离子亲和力强度的计算结果，建立了N→Sb配位键与路易斯酸强度及其催化性能的相关性。还发现3种有机锑(III)氟化物不仅能够依赖锑(III)金属中心起到路易斯酸催化作用，而且与锑(III)中心相连的氟原子能够作为受体与反应底物或中间体的活泼氢形成氢键实现协同催化。催化性能最优的配合物CyN(C6H4CH2)2SbF(Sb4)在上述4类反应中具备广泛的底物适用范围以及良好的官能团兼容性，而且在50倍放大实验中仍然能保持高效的催化效率，兼具优越的循环使用性能。\n 4.通过CCK-8法评价了上述12种有机锑(III)配合物对4种人类实体瘤（HepG2肝癌细胞，MDA-MB-231、MCF-7乳腺癌细胞系，HeLa宫颈癌细胞）细胞以及正常的HEK-293胚肾细胞的生长抑制率，建立了N→Sb配位键与抗肿瘤性能的相关性，发现配合物Sb4具有最优的抗肿瘤活性。细胞周期实验证实配合物Sb4能够诱导细胞周期中的S期发生阻滞。进一步通过流式细胞术、乳酸脱氢酶释放实验和台盼蓝排斥实验发现配合物Sb4可呈时效依赖性和量效依赖性地诱导肿瘤细胞坏死。最后，通过使用分光荧光计评估了MDA-MB-231细胞中的活性氧含量，证实了配合物Sb4的细胞毒活性取决于细胞内活性氧的产生。\n 5.研发了6种具备分子内配位作用的环状有机铋(III)配合物的合成方法，利用核磁、单晶、高分辨

关键词： 高中有机化学   有机合成   复习  

摘要： 有机合成在社会文明的发展和人们的日常生活中发挥着非常重要的作用,是高中有机化学的重难点和高考必考知识点之一。根据有机有机合成的特点及高考要求,掌握有效的学习方式对于学习效率和成绩的提升有重要帮助。结合自身学习过程和总结经验,本文针对在高三一轮复习中有机合成部分的心得体会进行分析研究。

关键词： 学优生   问题思维容量   有机合成   复习课  

摘要： 以广州市某重点中学高二级学优生和"有机合成的复习"课例为例,探讨学生完成不同思维容量问题后的有机合成路线设计表现。结果显示,大思维容量的问题有助于学生显著提高有机合成路线设计基础能力;不同思维容量的问题均有助于学生显著提高有机合成路线设计高阶能力,但对学生有机合成路线设计能力发展的影响差异不显著。尝试从学习样例、学优生的认知过程、知识结构等角度分析原因,并对学优生复习课问题的设计提供教学建议。

关键词： metal carbenoid   rhodium   silver   amide insertion   asymmetric dearomatization   azabicycles   spirocycles   ipso-Friedel-Crafts   computational analysis  

摘要： Metal carbenoids exhibit unique reactivities towards stable chemical bonds. Such reactive species are recognized as powerful tools for direct functionalization of unactivated compounds. Meanwhile, the high and versatile reactivity of metal carbenoids sometimes become problematic in the development of chemoselective reactions, because organic molecules often include some reactive sites to metal carbenoids such as C-H bonds, multiple bonds, and heteroatoms. Therefore, considerable efforts have focused on the control of chemoselectivity of metal carbenoid-mediated reactions in recent years. We have been interested in the potential of metal carbenoids to develop an unusual reaction and succeeded in developing catalyst-controlled highly chemoselective reactions for the synthesis of complex molecules. Herein we summarized our achievements;an insertion reaction of Rh-carbenoid into an amide C-N bond and a dearomative ipso-Friedel-Crafts (DIFC) reaction mediated by chiral Ag-carbenoid species. An application of the amide insertion reaction to the natural product synthesis is also described.

关键词： 三氟甲基化   金属催化   自由基   炔基   串联反应   有机合成   氮杂环衍生物  

摘要： 目的:杂环化合物是一类数目庞大、分子中含有杂原子的环状有机化合物。杂环化合物因其良好生物活性被广泛应用于医药领域。有机氟化合物具有高稳定性、脂溶性以及疏水性。引入氟原子可有效改善和提高药物的药效学和药物动力学,而三氟甲基官能团是最重要的含氟基团之一。如何构筑含三氟甲基的杂环化合物是合成化学领域的关键性问题。目前,基于碳-碳双键,通过过渡金属催化引入三氟甲基的方法已得到了较多研究,但基于碳-碳叁键引入三氟甲基的研究鲜有报道。因此,本课题以吲哚-炔酮化合物为底物,研究三氟甲基试剂、催化剂等反应条件对吲哚去芳构化和选择性构筑三氟甲基化杂环化合物的影响,为杂环化合物的高效三氟甲基化反应提供了一种思路,也丰富了含氟杂环化合物构筑方法学的研究。方法:第一类目标化合物:以吲哚-炔酮作为反应原料,利用硝酸银作为催化剂,以TogniⅡ试剂作为三氟甲基源来提供三氟甲基自由基,乙腈作为溶剂,在回流的状态下一锅法构筑含有三氟甲基的喹啉环衍生物。筛选出最佳实验条件,继而底物拓展,合成一系列含有不同取代基的目标化合物。并通过核磁、质谱、X-Ray单晶衍射等手段进行了分子结构和物理化学性质表征确认。第二类目标化合物:含有2个三氟甲基取代的氮杂螺环化合物。同样以吲哚-炔酮为底物,发现采用氯化亚铜作为催化剂,以Togni I试剂作为三氟甲基源,DCE作为溶剂,得到了一种含有2个三氟甲基取代的氮杂螺环化合物,该方法的适用范围研究正在进行中。结果:1)采用金属银（I）作为催化剂,合成了19个含有三氟甲基的喹啉环衍生物;2)突破了以往文献报道的方法,采用金属银作为催化剂,碳-碳叁键上引入三氟甲基,反应经过吲哚去芳构化、扩环、氧化一系列反应,最终一锅法得到三氟甲基取代的喹啉环衍生物;3)在进行机理研究探索时,从实验结果中推测可能为自由基机制,过程中产生了CF3自由基,进而引发了一系列反应;4)采用金属铜（I）作为催化剂,得到一种含有两个三氟甲基取代的氮杂螺环化合物。结论:本文基于吲哚-炔酮上引入三氟甲基的方法学研究进行了细致研究探索,主要得到如下的结论:1)从合成角度来说,我们成功合成了全新的19个含有三氟甲基的喹啉环衍生物,收率中等到优良;2)我们提出了采用金属银作为催化剂,不同于以往的金属铜、金属钯,据此我们发现了金属银同样可以作为向叁键中引入三氟甲基的催化剂;3)在机理方面,利用自由基阻断剂,同时EPR仪器监测,该反应的发生为自由基串联反应机制;4)改用不同的金属催化剂,金属Cu（I）,以及三氟甲基源在较为温和的条件下,可以得到含有2个三氟甲基取代的氮杂螺环结构化合物,实验最佳条件已经确定,底物适用范围在拓展中。

关键词： 铜   亲核试剂   C-N键   含氮杂环   吲唑-3-酮  

摘要： 芳香胺是一类重要的含氮化合物,在天然产物化学、医药合成化学、以及农药化学等领域具有非常重要的地位。芳香胺类化合物中的氨基可以作为亲核位点参与有机反应,实现C-N键偶联反应。过渡金属铜作为催化剂的Chan-Evans-Lam反应,可利用芳基硼酸与胺类、酚类、硫醇类化合物构筑C-N/C-O/C-S键,近年来该反应的研究取得了很大的进展,但是该反应体系在各种亲核试剂的反应性方面的研究不够深入,本文基于Chan-Evans-Lam反应进行相关的研究,具体如下三个部分:（1）发现具有两个亲核位点的邻/间/对氨基苯甲酰胺类化合物,通过CuCl催化的Chan-Evans-Lam体系与芳基硼酸发生选择性的C-N偶联反应。最优条件如下:CuCl（15 mol%）,Et3N（50 mol%）,甲醇作溶剂,室温,反应时间12个小时,模型反应的产率达到了90%。反应体系可适应于各种不同卤素取代的芳基硼酸,含有乙烯基,氰基官能团的苯硼酸也能得到良好的收率,共扩展了25种目标产物,产率在30%-90%之间。该方案为合成医药中间体提供了一种简单有效的方案,具有很大的应用前景。（2）基于上述的反应,深入研究了反应中可能存在的分子内的羰基弱协助性作用。对照实验证明了协助作用的存在,利用该弱协助作用,实现了Chan-Evans-Lam反应体系中较难反应性的芳基硼酸酯与氨基的反应。最优条件如下:CuCl（15 mol%）或Cu（OAc）2（20 mol%）,Et3N（50 mol%）,甲醇作溶剂,室温,反应时间12个小时,模型反应的产率为79%。该方案的底物适用性好,为芳基硼酸酯在Chan-Evans-Lam偶联反应中的应用提供了一种简单,有效的实验方案。（3）一锅法串联反应构筑含氮杂环化合物是一种简单有效的合成策略。基于前面的工作基础,我们实现了铜催化下的C-N交叉偶联和后续脱氢N-N键生成过程,一锅法制备N’N-二芳基吲唑-3-酮类化合物。最优条件如下:第一步,CuCl（20 mol%）,Et3N（50 mol%）,甲醇作溶剂,室温,12小时;第二步,120 ~oC,二甲亚砜作溶剂,4小时,模型反应的产率达到94%。反应体系适用于各种富电子和缺电子的芳基硼酸,都有良好的产率。这种方法可与靛红酸酐脱CO2制备N-苯基邻氨基苯甲酰胺的反应结合,最终建立了三步一锅法制备N’N-二芳基吲唑-3-酮类化合物的合成路线。

关键词： 有机合成   思维方法   对比观察  

摘要： 浙江新高考化学选考将《有机化学基础》模块的知识融合到一道题目中,即32题。新高考以来,化学选考对有机模块的考查方向没有太大变化,题型也较稳定,出题形式主要是医药、染料等有机化合物的合成等。该题容量大、隐含信息多、综合性强,不仅可考查学生对有机基础知识的掌握情况,又可以考查学生灵活运用有机知识的能力,对新信息的提取、加工和迁移的能力,是一类能较好反映学生科学素养的综合性试题,因此一直备受命题专家们的青睐,但学生的答题情况却不容乐观。本文笔者从教学实际出发,谈谈32题答题的策略和方法。

关键词： Cycloadditions   Excited-state   Mechanism   Photochemistry   Triplet-triplet annihilation   Upconversion  

摘要： Triplet–triplet annihilation photon upconversion (TTA-UC) is a photophysical process in which the energy of two photons are combined into a single photon of higher energy. While this strategy has been implemented in applications ranging from bioimaging to solar energy conversion, its uses in synthetic organic chemistry have not been extensively developed. Here we report the application TTA-UC to produce singlet-state photoexcited intermediates that would otherwise require ultraviolet excitation. In this system, a visible light photosensitizer and a known TTA acceptor work cooperatively to harvest two visible photons and combine their excitations to generate a photon of near UV light in situ. We demonstrate that coumarins can collect this upconverted energy to furnish high-energy singlet excited-state intermediates that can participate in subsequent [2+2] cycloaddition events. We disclose mechanistic and spectroscopic evidence to support both the proposed TTA mechanism for photon upconversion and the singlet energy transfer step to access the excited-state reactivity of coumarins. These findings establish a proof-of-concept for the applicability of TTA-UC systems to mediate a classical UV photochemical transformation using low-energy visible light inputs. We further improve upon this method to newly characterized TTA-UC system that enable access to the excited-state of alpha-keto esters and their subsequent [2+2] cycloadditions. Finally, a method and subsequent mechanistic study for the intramolecular arene alkylation with N-(acyloxy)phthalimides is presented. Spectroscopic, electrochemical, and computational details are provided in support of a closed-cycle catalytic process.

关键词： 有机电化学合成   金属-有机框架材料   悬浮离子电催化剂   离子交换  

摘要： 有机电化学合成是通过使用电子或空穴代替传统氧化剂或还原剂的一种环境友好、原子经济和可替代传统化学合成方法的手段,通过调节反应电势可以很容易调节反应活性,使某些复杂的反应在温和条件下进行。2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物(TEMPO)及其衍生物是一类环境友好的催化剂,已经被广泛应用于电化学有机合成。TEMPO在阳极氧化生成TEMPO+,具有很高的催化活性,已经被广泛应用于醇氧化、生物质氧化、C-H键活化等电化学反应。但是TEMPO+很容易扩散到阴极发生电化学降解而失去催化活性,从而降低了催化效率与法拉第效率。同时,反应结束后均相TEMPO催化剂很难分离,不容易实现循环使用。金属-有机框架(MOFs)是由有机配体和金属离子/簇构成的一类多孔材料,具有孔隙率高、比表面积大、孔径可调控等特点。根据MOFs具有可调控的孔道以及性质,很容易引入不同的氧化还原中心实现非均相催化。但由于MOFs具有较差的导电性,限制了MOFs在电有机合成中的应用。我们发展了一种解决MOFs导电性的策略,通过将离子型电催化剂悬浮于带电MOFs的孔道中,显著提高了 MOFs的导电性和电催化产物选择性。首先,我们通过后修饰法制备了己烷咪唑基(HIM)阳离子MOF MIL-101(Cr)-HIMBr,然后通过离子交换将阴离子TEMPO-SO3-引入到阳离子MOF MIL-101(Cr)-HIM的孔道中,合成了悬浮离子催化剂(SIC)TEMPO-S03@MIL-101(Cr)-HIM。阳离子型MOF材料MIL-101(Cr)-HIMBr比中性MIL-101(Cr)具有较高的导电性。悬浮离子电催化剂TEMPO-SO3@MIL-1O1(Cr)-HIM在电催化苄胺氧化自身偶联的反应中表现出了较高的选择性与稳定性。其次,我们通过后修饰法制备了乙烷咪唑基(EIM)阳离子MOFs材料MIL-53(M)-EIMBr(M=Fe,Cr,A1),通过离子交换将阴离子TEMPO-SO3·引入到阳离子MOFs的孔道中,合成了悬浮离子电催化剂TEMPO-SO3@MIL-53(M)-EIMBr(M=Fe,Cr,A1),在TEMPO-SO3-和节点金属离子的协同催化作用下,实现了高选择性电催化苯偶姻衍生物氧化制备相应的苯偶酰化合物。