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摘要： In microdroplets sprayed from a nozzle with high-pressure nebulizing gas and high voltage, reactants are placed in a special reaction field where chemical reactions may occur in a different mode from those in bulk solvents. In this short review, recent examples of organic reactions in microdroplets are described

关键词： 利马前列素   科立内酯二醇   优化改进   有机合成  

摘要： 利马前列素是前列腺素E1的衍生物,和前列腺素E1一样都具有抗血小板凝集的作用,可用于治疗由于血小板凝集异常引发的疾病,例如血栓闭塞性脉管炎,以及老年人常见的腰椎管狭窄。与前列腺素E1相比,经过结构修饰后得到的利马前列腺素,其抗血小板凝集的能力是前列腺素E1的十几倍,而且利马前列素因其独特的结构,可通过口服进入人体发挥药理作用,具有更强的临床适用性。目前利马前列素的来源都是通过有机合成,但其工业化生产过程中,仍然存在底物转化效率低,转化速度慢,原料需要繁杂的手性拆分等问题,这些缺点都成为目前利马前列素类药物售价居高不下的重要原因。为此,本论文在对比了目前三种主要的利马前列素合成路线后,选择在CN104284886的合成路线的基础上,针对实际合成中遇到的问题,对反应条件进行细致的优化和改进,显著的提高了利马前列素的合成效率,降低了合成成本,使该路线成为一种潜在的可工业化制备利马前列素的方案。 本文总结了已有三种主要的利马前列素的合成路线,在三种路线中均涉及到了两种非常关键的合成利马前列素的中间体,科立内酯二醇和利马前列素w侧链连接部分,即（4s）-4-甲基-2-氧代辛基膦酸二甲酯,其中科立内酯二醇不仅是合成利马前列素所需的重要中间体,同样也是合成其他前列素所需的关键中间体,例如拉坦前列素,比马前列素。在对比了现有制备科立内酯二醇的主要合成路线之后,我们选择了2019年由Yujiro Hayashi等人开发的合成路线,该路线从商用的原材料出发仅需三步即可合成科立内酯二醇,而且无需后续繁杂的手性拆分过程,然而我们在放大合成过程中却遇到了严重的问题,首先酯交换反应副反应明显,产物必须要经过柱层析纯化后才可不受影响进行接下来的转化,而且反应放大以后,最后一步弗莱明氧化反应产率急剧降低,我们通过优化反应条件,最终仅通过一步柱层析过程,就以比较高的产率实现了科立内酯二醇克级规模的制备,使该合成路线成为一种可行的工业化制备科立内酯二醇的方案。 对于利马前列素w侧链连接部分,我们以香茅醇为原料,在原有合成路线的基础上,对合成路线做了部分的改进,首先我们放弃了原有路线中通过Wittig烯化反应延长主链的方式,选择将醛基还原成羟基,与TSCl发生磺酰化反应后,再与甲基溴化镁经过一步Kumada偶联反应来实现主链部分的延长,在保证产率没有降低的同时,也避免了由于Wittig反应中三苯基氧膦的产生,必须要通过柱层析纯化的过程,与此同时,我们也改进了路线中羟基氧化为羧基的方法,采用分段氧化的方式,先将羟基氧化为醛基,再通过一步Pinnick氧化反应得到羧基,明显的提高了产率,避免了原方案中由于氧化条件过于剧烈导致的产率低下的问题,除此之外我们还对其他反应条件进行了细致的优化,明显降低了该合成路线的柱层析次数,最终使得整个侧链的合成过程仅需两步柱层析,一步蒸馏纯化即可以较高的产率得到利马前列素的w侧链部分,最大限度的实现了w侧链部分的连续合成。 在利马前列素的正式合成过程中,我们在CN104284886合成路线的基础上,针对实际合成遇到各种问题,对反应条件进行优化,并且对部分反应做出调整,解决了合成过程中遇到的羟基TBS保护区域选择性差,产率低,以及利马前列素α侧链构建过程中,反应速率慢,底物难以完全转化等一些严重制约利马前列素工业化制备的问题,显著提高了该路线的合成效率,降低了利马前列素的制备成本。

关键词： 铋基光敏剂   BiOX   光催化   有机合成  

摘要： 在有机化学快速发展的近20年来,光催化作为一种绿色清洁无害的催化手段被广泛应用于C-C、C-N、C-S的构建中,并取得了显著的成果。与传统有机合成方法相比,光催化的优势在于它不仅符合绿色、可持续、低耗能的发展理念,而且在合成途径上比传统有机合成方法的操作更加简单,危险系数更小。因此光催化技术已经被学术界誉为一种变革性的合成方法。在光催化反应中,光敏剂的选择对反应能否顺利进行至关重要。然而,在如今的光催化有机合成反应中,应用较为广泛的光敏剂有:大分子有机染料催化剂如曙红Y、孟加拉玫瑰红;有机配合物光敏剂如有机硼配合物;过渡金属配合物光敏剂如钌、铱等金属的吡啶类配合物,但这些光敏剂因为其催化反应应用局限、价格昂贵等诸多不利因素而使其应用受限制,所以亟需开发一种可以催化复杂有机反应、低成本、绿色无毒的新型光敏剂。 本论文分别设计了以BiOI和Bi5O7Br两种半导体材料为光敏剂的光催化有机合成反应,并且将它们分别成功应用到了炔砜的偶联反应和芳香酮的羟甲基化反应中。本论文主要研究内容分为以下三部分: （一）第一部分采用沉淀法和水热法制备了纳米材料BiOI和Bi5O7Br,并用XRD、FT-IR、SEM、UV-vis等表征技术对纳米材料进行了表征。XRD和FT-IR结果表明了BiOI和Bi5O7Br的成功制备;SEM结果表明BiOI是薄层纳米片形貌,Bi5O7Br是四角星星状形貌;UV-vis结果表明BiOI和Bi5O7Br对可见光具有良好的的吸收性能,且BiOI比Bi5O7Br具有更强的可见光吸收,它们较窄的禁带宽度使得光催化反应更易进行。 （二）第二部分选用BiOI作为光敏剂,在室温白光照射下,氮气作气氛,乙腈作溶剂,以苯乙炔碘和对甲苯磺酰肼的反应为模板,成功实现了炔基自由基和磺酰基自由基的偶联,以优异产率（91%）合成了炔砜类化合物,发展了一种光催化合成炔砜类化合物的新方法。在一系列底物拓展中,官能团耐受性良好,取得了中等收率。此方法操作简单、环境友好、低成本的优势是其他光催化有机反应无法比拟的。 （三）第三部分我们选用Bi5O7Br为光敏剂,以最简单易得甲醇为羟甲基化试剂,苯丁酮为底物,不添加任何额外溶剂,以t-Bu ONa为碱,在空气气氛下,用蓝光照射反应体系,室温条件下成功实现了苯丁酮的羟甲基化,并取得了优异产率（92%）,发展了一种光催化芳香酮的羟甲基化反应的新路径。此方法反应体系更加简单,反应效率高,为芳香丁酮的羟甲基化反应开辟了新的合成道路。 因此,通过上述两个反应,我们成功地将铋基光敏剂-Bi OX应用到了光催化有机合成反应中,探索了非均相光催化剂在经典有机反应中的催化循环过程,为光催化有机反应中光敏剂的选择提供新的思路。

关键词： 光致产酸剂   碘鎓盐   有机合成   性能测试  

摘要： 光致产酸剂（Photoacid generator,PAG）简称光酸剂,是一种光敏化合物,在特定波长光的照射下分解生成特定的酸化合物,由于生成的酸既可以通过外部条件确定,也可以通过设计特定的分子结构控制,因此针对不同的应用场合,不同类型的光致产酸剂应运而生,广泛应用于指示剂、光固化涂料、热敏CTP胶等多项领域。此外,随着集成电路的不断发展,半导体加工过程中,“化学放大”技术的出现进一步提高了对灵敏度和分辨率的需求,使具有潜在高增幅机制的光致产酸剂受到越来越多的关注。研究不同类型光致产酸剂的结构与紫外吸收性能、产酸效率间的构效关系,开发化学稳定性好、适用于深紫外光源方向的新型光致产酸剂,是当前研究热点。 碘鎓盐类光致产酸剂是离子型光致产酸剂中应用最广泛的类型之一,在阳离子部分的基础结构上引入取代基以改变感光波长范围,和更换阴离子部分的产酸基团种类使其具有更高的热稳定性和产酸能力是当前主要的研究方向。本论文设计并合成了3种含不同取代基的对称性碘鎓阳离子,并开发出一条先酯化后磺酰化合成新型阴离子产酸基团的路线,最终通过离子交换法得到3种新型碘鎓盐PAG。为了对比评价新型碘鎓盐光酸剂PAG的各项性能,本文又选取了4种常用的产酸基团,与3种对称性碘鎓阳离子反应后制备出一系列碘鎓盐PAG。所有合成的碘鎓盐PAG通过1H NMR、13C NMR、19F NMR和熔点确认结构。 文章中,根据阳离子部分取代基不同,将合成的碘鎓盐分为无取代基（PAG1-1～5）、含甲基取代基（PAG2-1～5）、含叔丁基取代基（PAG3-1～5）三类。对合成的三类碘鎓盐PAG的基础性能和光化学性能进行了考察,具体包括溶解性、热稳定性、紫外吸收性能、分解及产酸性能。溶解性测试表明,取代基的引入提高了碘鎓盐PAG的溶解性能,PAG2-1～5和PAG3-1～5在常用有机溶剂中均可溶解,而PAG1-1～5在极性溶剂中有良好的溶解性。热稳定性考察显示,合成的碘鎓盐PAG的热分解温度均在150°C以上,能够满足应用阶段温度需求,常态下性质稳定不易分解,便于运输和存储。紫外吸收考察结果显示产酸基团结构对紫外吸收没有太大影响,阳离子部分引入供电子取代基有助于波长红移。 在分解及产酸性能考察中,我们采用直接光照法对碘鎓盐PAG的产酸性能进行了初步探索,随后采用紫外分光光度法建立了曝光产酸的检测方法,对合成的碘鎓盐PAG分解及产酸性能进行了深入考察。结果显示碘鎓盐PAG的分解产率均大于其产酸量子产率,阳离子结构对分解及产酸性能有较大影响,PAG3-1～5由于分子中含有叔丁基取代基,较大的立体结构对分子共轭度和感光性能产生较大影响,使其相比PAG1-1～5和PAG2-1～5获得更高的产酸效率。 总体而言,本文制备了多种离子型碘鎓盐类光致产酸剂,并对产酸剂的性能进行了一系列考察,对不同结构光酸剂性能进行比较和分析,明确了阴、阳离子结构,取代基等因素对PAG各项性能的影响,为后续新型高效PAG分子设计和开发提供一定理论支撑和参考意义。

关键词： 大观念   复习课   高中化学   有机合成  

摘要： 在推进新课程改革的过程中,如何落实学科核心素养是当前我国基础教育面对的一项重大任务。传统复习课教学大多都是没有将局部与整体进行联系,无法使学生对知识形成全面、深刻、长期的理解和认识。课程标准要求以学科大概念为核心,通过整合知识之间的联系,创建知识网络,将知识系统化,构建课程。在大观念的指导下,教师能够将相对复杂的事物归纳为简洁明了的概念,并将其介绍给学生,同时辅以真实的情境和灵活的教学活动,以提高对概念的理解并帮助他们在大观念的总体指导下,创建系统的知识网络体系,帮助学生在思维中生成逻辑清晰、简洁的化学知识结构。有机合成是高考化学的难点,学生普遍得分率较低。为了提高学生学习有机合成的水平,应当改变复习方法。本文研究的大观念复习模式,可以将诸多零散、琐碎的知识点整合在一起,强调事实概念及学科知识之间的关联,让学生在学习过程中领悟知识点的普遍意义,提高学生对有机合成题的兴趣,掌握在情境中应用概念与知识迁移,解决情境问题或现实问题的方法。 本文首先通过仔细查阅和分析大量关于大观念及复习课的相关文献,然后对选题研究的有关背景与意义进行了阐述。在此基础上抽样调查当前学生有机合成的学习现状,发现存在问题并分析成因,使研究聚焦这些问题的解决,体现研究的现实意义。第二,对研究涉及的相关概念进行了界定,并阐述研究的理论基础建构主义学习理论、格式塔学习理论、有意义学习理论和学习迁移理论等。第三,提出了学习“有机合成”的大观念为骨架观、变化观、官能团观和条件观。并分别对这些大观念进行了解读;第四,从大观念角度分析近几年高考化学有机合成题,为进行大观念有机合成的复习设计提供思路;第五,提出了基于大观念的“有机合成”主题内容的复习教学设计,并将其中一个课时的教学设计在某个高三班级上进行了实践研究。通过调查问卷的前测、学生的课堂表现和习题检测的后测对本次教学实践进行了评价。结果表明,大观念“有机合成”复习模式给学生提供了一种全新的学习知识的视角,使学生初步形成了大观念学习思维,并促进他们的整体学习知识和综合应用知识能力的发展;最后,对本次研究进行总结,阐明研究存在的不足并对后续研究进行展望。

摘要： 顾培明教授团队立足于有机化合物的精准合成，紧密围绕宁夏地区特色植物资源的深度开发需求，开展手性催化剂的设计与改造，并在此基础上进行有机合成方法学、天然产物合成与开发研究。近五年来，团队成员主持（完成）7项国家自然科学基金项目、十余项省部级及企业委托课题。团队致力于环丙烷型羧酸铑催化剂的设计与应用、叠氮化合物介入的多种手性催化反应以及宁夏特色植物资源中若干活性天然产物分子的合成研究，并获授权国家发明专利1项，在Org Lett,Chem Commun,J Org Chem等期刊发表学术论文40余篇。

关键词： fluorophilic effect   hydrophobic effect   fluorous chemistry   mixture synthesis   catalysts   chiral ligands  

摘要： During the last 30 years, the field of "fluorous chemistry" has witnessed intriguing advancements in organic synthesis. Fluorous molecules possess an alluring characteristic of displaying remarkably high affinity towards similar molecules, despite not mixing well with organic solvents or water. This phenomenon is commonly referred to as the "fluorophilic effect." As we stand on the brink of the 30th anniversary of the inception of fluorous chemistry, this paper introduces our recent research accomplishments concerning the utilization of intermolecular or intramolecular fluorophilic effects in synthetic reactions.

关键词： 共轭多孔有机聚合物   光催化   C-H键活化   有机合成  

摘要： 共轭多孔有机聚合物(POPs)凭借着其多孔道结构以及框架内部的高度共轭等特点,深受人们的广泛关注。光催化技术一直以来作为一种绿色、.环保且简便的合成技术,不断有新的光催化合成策略被报道。但传统的均相光催化剂有着成本高,可回收性差,稳定性差等缺点,而共价键连接的共轭多孔有机聚合物正好能弥补这些不足。本文以POPs为出发点,构建了一系列共价有机框架(COFs)、共价三嗪框架(CTFs)以及共轭微孔聚合物(CMPs),并将其应用于光催化小分子有机合成。主要研究成果及结论如下: (1)本研究中通过溶剂热法合成了三种乙烯链COFs,其单体分别包含三种卤素原子(F,Cl,Br),然后通过材料表征验证了三种卤素原子分别成功修饰到所对应的COFs上。同时表征结果显示这些COFs的物理结构及化学性质等都有着明显的差异,表明不同的卤素原子能调节COFs的框架结构和化学带隙,改变它们的电荷转移与传输能力,从而表现出不同的光催化效果。实际上,本研究将三个COFs材料作为异相光催化剂来催化2-甲基-1,4-萘醌的C-H硫醚化反应,如预期一般,Br-COF作为光催化剂时获得了最高的产率(87%)。在经过最佳反应条件筛选之后,一系列底物同样都获得了良好的产率(47-98%),表明该方案的广泛适用性。随后的克级放大实验和循环回收实验也证明了Br-COF作为异相催化剂的优异反应活性和可循环回收性。 (2)本研究通过环三聚合成了三个CTFs,通过阶梯型升温和氧气的参与,实现了三嗪环的缩聚,然后改变单体上所含的取代基,最终得到了分别含甲氧基、含氟原子以及不含取代基的三种CTFs。它们的材料表征结果同样说明不同的取代基会显著影响CTFs的光催化活性,其中甲氧基作为给电子基团,能与框架内部的三嗪形成电子供体-受体体系,因此相比较另外两个CTFs,Me O-CTF具有更优异的光催化效果。本研究将其作为光催化剂来催化2-苯基咪唑并[1,2-α]吡啶C3位羟基化反应,获得了91%的良好产率,一系列底物的产率也都达到了70-92%。随后的克级放大实验和循环回收实验也证明了Me O-CTF作为异相催化剂的优异反应活性和可循环回收性。 (3)本研究通过溶剂热法合成了三个乙烯链CMPs,三联苯与三嗪基通过碳碳双键链接,使得COFs框架内高度共轭,非常有利于电荷转移与传输。尝试修饰不同取代基来进一步调节CMPs的光催化性能,材料表征结果表明不含取代基的H-CMP反而具有最佳的半导体特性。将其作为光催化剂催化1H-吲哚C3位硫氰化反应,产物产率达98%,一系列底物的产率也都达到了51-98%。随后的克级放大实验和循环回收实验也证明了H-CMP作为异相催化剂的优异反应性和可循环回收性。

关键词： 有机合成   拓扑数据分析   LightGBM   智能预测   可解释性分析  

摘要： 有机合成在老药的优化以及新药的创新研究中发挥着重要的作用.作为有机合成领域重要而富有挑战性的研究热点之一,交叉偶联反应也备受关注.然而,该类反应仍存在催化剂昂贵且具有毒性、反应底物的选择性等难题.传统的实验需要不断尝试,效率低且成本高.而利用机器学习对交叉偶联反应的性能进行智能预测和分析可以极大地提高效率并降低成本.因此,本学位论文基于拓扑数据分析(Topological Data Analysis,TDA)和LightGBM(Light Gradient Boosting Machine)等机器学习方法构建了两个智能预测和分析系统,旨在智能辅助优化设计反应体系和评价反应条件,从而实现降本增效.主要工作如下: (1)基于TDA和LightGBM构建了一个有机合成系统OS-TGBM(Organic Synthesis based on TDA and LightGBM).该系统首先结合TDA聚类和多因素方差分析深入分析了反应条件和产率之间的关系.然后,引入LightGBM模型进行产率智能预测,并基于TDA聚类结果提出了分层多样性采样,进一步增强了LightGBM的性能.最后,采用特征重要性、累积局部效应(Accumulated Local Effects,ALE)图和SHAP(SHapley Additive ex Planations)值分析对LightGBM的预测结果进行解释分析.实验表明,该系统在分析和预测交叉偶联反应性能方面优于其他方法,进而可以为实验人员提供更多的参考信息. (2)基于卷积神经网络(CNN)和LightGBM构建了一个更高效的有机合成系统OS-MSWGBM(Organic Synthesis based on Multi-scale Subtraction Weighted,CNN and LightGBM).为了多角度获得交叉偶联反应的特征信息,该系统首先提取了交叉偶联反应的三维特征和拓扑特征,并级联二维特征作为后续模型的输入.然后,设计了一个轻量级的多尺度减法加权网络,OS-MSW,用于提取输入特征的深层抽象特征,并将抽象特征应用于LightGBM模型进行产率智能预测.此外,还基于OS-MSW模型进行了可解释性分析.结果表明,该系统有助于提高产率的预测精度和模型的可解释性,在交叉偶联反应领域具有重要的应用价值.