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关键词： 电化学传感器   电化学成键   均相溶液   四二茂铁   有机合成  

摘要： 生物传感器是一种集分子生物学、物理学、化学、计算机科学等多学科为一体的可以将生物反应转化为电信号的检测仪器。生物传感器因其具有灵敏度高,选择性好,操作简便并且可重复使用等诸多优点而受到研究者们的广泛关注。目前生物传感器已成为当今生物学和医学领域的前沿性课题。重金属污染问题是全球性问题,其中,重金属汞是一种神经性毒素,会伤及人体器官,造成肾脏及肺部损害。根据美国环境保护署（EPA）的规定,饮用水中汞的最大污染水平应低于2×10-6 g L-1(约1×10-8 mol L-1)。因此,重金属汞的检测至关重要,而目前的重金属检测研究方法多数出现诸如操作过程比较复杂,成本高,整个检测过程费时费力等问题,而且检测的灵敏度和重现性也有待提高。基于上述原因,开发专用于快速,高灵敏和高选择性的汞离子测定的设备尤为重要。致力于研究和构建简单、便捷、低浓度、高灵敏的电化学生物传感器的分析检测技术,本文基于电化学键合方法构建了两种不同的电化学生物传感器分别用于DNA和重金属汞离子的检测研究。具体内容如下:1.基于电化学成键,在均相溶液中构建了一种非修饰的传感策略用于目标DNA的检测分析。双发夹探针的3’端和5’端分别标记电活性物质四二茂铁（TrtaFc）和巯基（SH）。在与目标DNA杂交前,探针的空间位阻效应阻碍了SH与电极表面的连接,当与目标DNA杂交后,探针的双发夹环状结构打开,在电位辅助作用下,SH能够到达电极表面,与电极形成金-硫键（Au-S）的自组装,TrtaFc的电化学信号通过电化学工作站记录而实现实时检测。实验结果如下,在0.18-1800 pM范围内,目标DNA浓度与电流信号呈现良好的线性关系,检测限为0.14 pM（S/N=3）。设计的这种均相策略可对DNA实现高特异性的灵敏测定。2.在均相体系中,基于电化学成键和催化发夹自组装构建了一种非修饰的电化学DNA传感器用于重金属汞离子的检测研究。在这项工作中,我们设计了三个环状结构的发夹探针（H1,H2,H3）,H1探针的两端修饰了巯基,H2和H3探针的两端都修饰了TrtaFc信号标记物。胸腺嘧啶与汞离子之间的特异性配位(T-Hg2+-T)在辅助DNA的帮助下诱导催化发夹发生自组装。探针DNA与目标汞离子杂交后形成了刚性四面体结构。在施加电压后,SH到达电极表面,四个TrtaFc信号标记物也接触电极表面产生高灵敏的电化学信号。实现基于催化发夹自组装和TrtaFc信号标记物的双信号扩增。实验结果发现,在0.2-2000 pM的汞离子检测范围内,电流信号值呈现良好的线性关系,检测限为0.12 pM（S/N=3）。

关键词： 有机合成   官能团   加成反应  

摘要： "有机框图+有机物的合成"是有机合成与推断大题的标准题型,在全国卷以选考题的形式出现,还有一些地方卷将其列入必考题。此大题考查的内容包含有机化学的主干内容,综合性强、难度较大,有很好的区分度。本期,笔者将对有机合成与推断大题中的有机合成、有机推断、有机合成路线的设计这三部分内容进行讲解。

关键词： 漆酶   固定化   酶学性质   酪醇聚合   阿魏酸乙酯聚合  

摘要： 漆酶是一种含铜的氧化还原酶,作为一种环境友好型生物催化剂,具有广泛的底物谱,在有机合成中的应用还较少,游离酶稳定性低,不能重复利用。因此本文以课题组前期获得的齿毛菌HYB07菌株发酵生产的漆酶为基础,研究固定化漆酶的制备以及在有机合成中的应用,具体研究结果如下: 1、以溶剂热的方法制备了多级孔Cu-BTC和Cr-MOF载体,介孔孔径分别约为9 nm和12 nm,并用于固定HYB07漆酶。确定Cu-BTC载体固定漆酶的最适条件为:pH 5.0,温度20℃,加酶量50 U/mg载体,固定3 h,固定化效率为67.7%,固定化漆酶活力为1933 U/g,载酶量为381 mg/g;确定Cr-MOF载体固定漆酶的最适条件为:pH 4.0,温度20℃,加酶量40 U/mg载体,固定2 h,固定化效率为64.8%,固定化漆酶活力为1564 U/g,载酶量为337 mg/g。 2、表征了固定化漆酶的酶学性质。pH 3.0时,游离漆酶和固定化漆酶表现出最高的活力,但固定化漆酶在pH 4.0-10.0都保留70%以上活力,pH作用范围更广。游离漆酶和固定化漆酶的最适反应温度均为50℃,但固定化漆酶比游离漆酶具有更好的热稳定性。40℃时,Cr-MOF漆酶和Cu-BTC漆酶的失活半衰期分别为927 min和967 min,比游离酶分别延长了148 min和188 min;在55℃时,Cr-MOF漆酶和Cu-BTC漆酶的失活半衰期分别比游离酶延长了47 min和68min。在Ca2+、Co2+、K+、Sr+、Ba2+、Mn2+和Na+等金属离子（10 m M）作用下,固定化漆酶活力受抑制程度较低,体现了更好的金属离子耐受性;甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮和二甲基甲酰胺等有机溶剂（20%体积比）作用下,固定化漆酶均保留了60%以上活力,比游离漆酶有机溶剂耐受性更好。Cr-MOF漆酶和Cu-BTC漆酶储存21 d后相对酶活分别为95.1%和94.2%,比游离酶（85.3%）有所改善。 3、游离漆酶催化酪醇聚合的最适条件为pH 5.0,温度40℃,加酶量4 U/m L,反应4 h,转化率可达到98%;固定化漆酶催化的最适条件为pH 5.0,温度40℃,加酶量1.2 U/m L,反应3 h,转化率为98%。两种固定化漆酶在重复催化酪醇5次后,都仍有50%以上转化率。漆酶催化酪醇合成的主要产物为酪醇二聚体。 4、游离漆酶催化阿魏酸乙酯（EF）聚合的最适条件为pH 4.0,温度40℃,加酶量2 U/m L,反应90 min,转化率可达92%;固定化漆酶催化的最适条件为pH 4.0,温度40℃,加酶量0.8 U/m L,时间90 min,转化率在92%。两种固定化漆酶在重复催化EF 5次后,都仍有50%以上转化率。漆酶催化EF合成的产物主要为EF二聚体。

关键词： 连续流动化学装置   多相反应   填料床反应器   三维芯片微反应器  

摘要： 近年来,以微反应器为核心单元的连续流动化学技术在有机合成领域中备受关注。微反应器是由尺寸在微米到毫米范围的微通道组成的小型反应系统,与传统反应相比,由于微反应器通道微小、比表面积较大,连续流动化学具有高效的传质传热,几乎无放大效应,安全可控,绿色化且易于集成实现自动化控制等优势。虽然微反应器在有机合成中应用广泛,但目前大多数连续流动化学反应装置通用性较差,定制设备价格昂贵,制造周期较长,阻碍了连续流动化学技术的进一步发展,为此本文将从液-液两相、固-液两相及气-液两相三种常见的多相反应着手,旨在设计及构建适合于不同多相反应的高效、安全、绿色的连续流动化学反应装置,并利用其独特优势实现液-液两相、固-液两相及气-液两相的高效反应。第一章绪论本章首先介绍了微反应器在有机合成中的诸多优势;其次,根据微反应器的功能和应用对其进行分类并总结在有机合成中具有重要作用的微反应器类型;之后介绍基于“超限制造”技术的三维芯片微反应器的结构及优势;另外,我们还总结了微反应器在多相反应中的研究进展;最后阐明了本文的研究意义及研究内容。第二章基于微反应器流动化学研究及其在液-液两相催化氧化反应制备苯甲醛中的应用在本章工作中,我们以三维芯片微反应器为核心构建了高效的液-液两相连续流动化学反应装置。在该装置中,以四丁基溴化铵（TBAB）为催化剂,次氯酸钠为氧化剂,研究了苯甲醇转化为苯甲醛的相转移催化氧化反应,并对次氯酸钠溶液的浓度及p H值、流速比及相转移催化剂当量等重要参数进行优化研究。实验结果表明在温度为20℃,次氯酸钠浓度为14.6%,p H为9.5,TBAB浓度为7.5%,QA/QO=2.5,停留时间3min的最优化条件下,苯甲醛的产率为97.50%,与普通微反应器相比反应效率显著提高,证明该装置能有效增加液-液两相的相界面积,提高传质速率,在液-液两相反应中具有明显优势和潜在的广阔应用前景。第三章基于微反应器流动化学研究及其在固-液两相金属插入反应制备有机锌试剂及α-氰基羰基化合物中的应用在液-液两相连续流动化学反应装置中集成填料床反应器,在填料床反应器中填充金属锌颗粒,2-溴-2-甲基苯丙酮经填料床反应器原位生成有机锌试剂,然后与亲电氰化试剂N-氰基-N-苯基-对甲苯磺酰胺（NCTs）在三维微芯片反应器中生成具有全碳季碳中心的α-氰基羰基化合物α,α-二甲基-β-氧代-苯丙腈。同时考察了温度和停留时间对反应的影响,探究微反应装置中合成α-氰基羰基化合物的最佳工艺条件,较优反应参数组合为:反应温度60℃,停留时间7.14 min,体积流速比2:1,产率为100%。固相试剂的引入大大拓展了微反应器在复杂有机化合物合成中的应用,同时对于涉及多步合成的反应,该装置易于改装,能够灵活安排及按需进行积木式的合成。与传统合成方法相比,该两步法突显出产率高、效率高、绿色安全等优势。第四章基于微反应器流动化学研究及其在气-液两相羧化反应制备苯甲酸中的应用在固-液两相连续流动化学反应装置中通过简单地更换金属填料种类制备格氏试剂,研究了苄基氯代物与金属镁的反应过程,最终以比相应的溴化物或碘化物活性更低的苄基氯代物为底物成功制备了格氏试剂,有效扩大了底物范围,同时提高产物的选择性;在第一步固-液两相反应的基础上,构建气-液连续流动化学反应平台,第一步原位生成的苯基溴化镁格氏试剂与二氧化碳气体在三维芯片微反应器中反应,并对反应条件进行优化,最终在温度25℃,停留时间2.82 s时,以较高的产率（96%）成功制备羧酸类化合物,证明该装置能有效地将二氧化碳气体与底物溶液进行充分混合,提高反应的选择性及产率,显示出进行气液反应的巨大潜力。

关键词： BiOBr   异质结   {110}面   亚胺合成   可见光光催化   封端剂  

摘要： 能源短缺环境污染问题是人类一直以来的主要威胁,太阳能已经在多个领域被用来弥补地球上资源供应不足的缺憾。可见光光催化是解决有这一问题行之有效的策略,并在能源,材料,环境和化学领域被广泛应用。通过调节BiOBr/BiOI的微观结构,改变其带隙,以期适用于亚胺的合成。用BiOBr/BiOI系列催化剂在可见光下将苯胺转化为亚胺,BiOBr/BiOI-1/3催化剂的活性最高。另外,将摩尔比为1/3的BiOBr与BiOI物理混合后加入反应体系,转化率为55.1%,而BiOBr/BiOI-1/3异质结转化率可达68.9%,说明BiOBr/BiOI异质结是提高转化率的关键因素。深入探讨BiOBr的晶面与其光催化活性的关系,使用不同添加剂制备BiOBr的{110}面,发现B-1.0C+P光催化活性最高,可以达到80.6%,说明成功制备了以BiOBr{110}面为主要暴露面的催化剂。使用多种表征方法,包括X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线光电子能谱（XPS）、Brunauer-Emmett-Teller（BET）分析、紫外-可见漫反射光谱（DRS）,利用光致发光（PL）光谱和电化学阻抗谱（EIS）分析了其光活性的来源。通过控制变量法,分别改变有机合成的关键要素:溶剂、碱、同系列不同催化剂、反应物的量以及反应物的衍生物,深入研究光催化有机合成性能。同时,探讨了不同光强度和波长对光催化有机的影响。两种催化剂经过5次循环后,活性均稳定。通过捕捉活性物种实验发现,·O2-、h+和e-在胺和醇偶联胺化和苄胺的自身胺化两个合成反应中均作为主要活性物质。

关键词： 质子泵抑制剂   有机合成   杂质对照品  

摘要： 药物的有关物质通常指药物纯品以外潜在的一些杂质。本文所介绍的泮托拉唑和雷贝拉唑有关物质是泮托拉唑和雷贝拉唑相关杂质。拉唑类药物是指各类质子泵抑制剂药物,用于治疗胃酸相关疾病,目前临床治疗胃食管反流疾病和消化性溃疡的代表性药物主要是H2受体阻抗剂和质子泵抑制剂,质子泵抑制剂由于疗效显著和抑制胃酸作用强成为市场上最为常用的药物之一。然而在生产和存储运输的过程中会发生副反应、降解变质等情况,生产工艺与存储方式的不当以及其他一些不可控的因素会产生杂质从而使药品纯度降低,杂质的存在会大大影响药物的疗效,甚至一些基因毒性杂质对人体会造成极大的影响,甚至引起癌变。因此对于拉唑类药物杂质的研究至关重要。本文通过查阅文献,优化实验方案合成了三种拉唑类药物杂质,即泮托拉唑杂质RC E、泮托拉唑二取代硫醚杂质RC V以及雷贝拉唑杂质RC E。泮托拉唑杂质RC E的合成路线以1-二氟甲氧基-3-硝基苯为原料,经过锌粉还原、重排联苯化、酰基化、硝基化、水解脱酰基、还原硝基成氨基、环化为苯并咪唑衍生物、与盐酸盐反应得到硫醚、氧化得到RC E。泮托拉唑硫醚二取代杂质RC V以5-二氟甲氧基-2-巯基苯并咪唑为原料,可通过两步法或一锅法与盐酸盐进行亲核取代反应得到。雷贝拉唑杂质RC E以4-氯-2,3-二甲基吡啶氮氧化物为主要原料经过与甲醇钠反应进行甲氧基化、与乙酸酐反应得到酯结构的中间体,再经过皂解反应、与氯化亚砜反应取代羟基,与2-巯基苯并咪唑发生亲核取代得到硫醚,氧化得到产物RC E。本文提供了几种拉唑类杂质的合成方法,即泮托拉唑杂质RC E、RC V和雷贝拉唑杂质RC E的合成方法,其化合物反应过程通过薄层色谱TLC监控,产物经过NMR核磁共振谱、液相高分辨飞行时间质谱MS和高效液相色谱HPLC的表征确证,确认为满足要求的杂质对照品。

关键词： 吡咯并吡咯二酮   有机合成   有机太阳能电池   受体材料  

摘要： 有机太阳能电池具有制备成本低、质量轻、易于制作等优势,引起了人们的广泛关注。目前,开发优秀的活性层材料,进一步提高光电转化效率是该领域的研究焦点。吡咯并吡咯二酮(dicyanomethylidene,DPP)及其衍生物具有较宽的吸收范围、可调节的前沿轨道能级和良好的热稳定性,是一种优秀的半导体材料。本研究基于吡咯并吡咯二酮结构单元,构筑了一系列新型的有机小分子受体材料,并对其光学性质、电化学性质、热稳定性和光伏应用进行了研究。1)基于吡咯并吡咯二酮和二茂铁的A-D-A型小分子受体材料的设计、合成及光伏应用研究。通过烷基化、溴化、Stille偶联等七步反应合成目标化合物6和9,总收率分别为2.7%和2.5%。两个目标分子具有良好的溶解性、较宽的吸收范围(450-700 nm)、合适的LUMO能级(-3.53 e V、-3.59 e V)及良好的热稳定性(Td分别为295℃、200℃),将化合物6和9为受体,以PBT7-Th为给体制备体相异质结有机太阳能电池,分别获得了0.46%和0.56%的光电转换效率。2)基于吡咯并吡咯二酮和咔唑的近红外小分子受体材料的设计、合成及光伏应用研究。通过烷基化、溴化、Suzuki偶联、Knoevenagel缩合等七步反应合成目标化合物15和16,总收率分别为4.8%和3%。目标产物均具有较低的LUMO能级(-3.82 e V、-3.85 e V)、较宽的吸收范围(500-800 nm)、较窄的带隙(1.55e V和1.45 e V)、良好的热稳定性(Td分别为324℃、221℃),将化合物15和16作为受体材料,搭配给体材料PM6制备体相异质结有机太阳能电池,分别获得了1.2%和0.83%的光电转换效率。3)吡咯并吡咯二酮分别连接丙二腈和3-二氰基亚甲基-1-茚酮的近红外小分子受体材料的设计、合成及光伏应用研究。通过烃化、溴化、Suzuki偶联、Knoevenagel缩合四步反应合成目标化合物19和20,总收率分别为2.8%和1.6%。两个目标化合物都具有较宽的薄膜吸收范围(450-1000 nm、500-1200 nm),较窄的带隙(1.55 e V、1.37 e V)、较低的LUMO能级(-3.92 e V、-3.90 e V),以化合物19和20为受体材料的体相异质结有机太阳能电池,分别获得了1%和0.29%的光电转换效率。

关键词： 选择性有机合成   单线态氧   氧空位   芘磺酸   卟啉  

摘要： 太阳能作为一种取之不尽用之不竭的能源,多年来人们从未停止对它的开发利用。光催化技术是通过催化剂将光能转化为化学能的绿色技术。自1972年,在TiO2单晶电极上发现光解水开始,光催化技术就成为了解决环境污染和能源短缺问题的新途径。可以说光催化技术的出现不仅促进了太阳能的转化与利用,而且极大地推动了污染治理和清洁能源的发展。随着人们对光催化技术研究的不断深入,涌现出各种类型的光催化剂及其应用领域也不断丰富起来。人们不仅仅把目光局限在分解水,降解有机污染物,CO2还原、空气净化等应用,人们逐渐将光催化技术拓展至选择性有机合成中。目前,随着节能减排和清洁能源的观念不断深入,光催化选择性有机合成已经成为最具潜力的绿色有机合成技术。相对于传统的有机合成,面临着高耗能、高危险、操作繁琐、污染严重等问题。光催化选择性有机合成可以充分利用太阳能,避免其他传统能源的消耗;光能的引入有效地降低反应能垒,与热化学反应相比,反应条件更温和;不需额外添加腐蚀性强的氧化剂或还原剂,降低了实验过程中的危险性;可以通过调控催化剂和设计合理的反应路径,提高目标产物的选择性。所以,光催化选择性有机合成具有能耗低、反应条件温和、安全性高、对目标产物选择性高等特点,它为传统的有机合成提供了一种绿色环保、节能高效的新方式。目前,光催化选择性有机合成走向实际应用还需要很长的路,已开发的光催化剂还面临着光吸收范围窄、光量子效率低、稳定性差和选择性低的问题。解决这些问题,关键在于理清光催化选择性有机合成的反应机理,尤其是探究在光催化过程中发挥作用的活性物种。目前常见的活性物种除了光生电子(e-)和空穴(h+)外,还有一些活性氧物种,例如:羟基自由基(·OH),超氧自由基(O2·-),过氧化氢(H2O2)和单线态氧(1O2)。这些活性氧物种具有较强的氧化能力,经常出现在光催化选择性氧化反应中。其中1O2被认为是一种对目标产物选择性较强的活性氧物种,但其产生的效率仍不高,尚需探索和设计能够高效产生1O2的光催化剂。本论文面向光催化选择性有机合成反应的发展现状,以发展高性能、高稳定性的光催化剂为目标,结合本课题组多年从事光催化领域的相关研究经验,紧抓氧空位和光敏性配体的关键点,探索和设计能够高效产生1O2的光催化剂,成功探索了几种有潜力的光催化剂并研究了其在选择性氧化硫醚为亚砜反应中的机理。主要内容如下:第一章中,首先阐述了光催化选择性有机合成的机理、活性物种、评价指标,从光催化选择性有机合成反应种类的角度出发,展示了目前的研究现状,探讨了光催化选择性有机合成的优势和挑战。然后,总结了目前人们面对效率低问题时提高选择性和转化率的解决方案。最后,阐明本论文的选题意义和研究内容。第二章中,研究了氧空位对氧气的活化作用。含氧空位的Bi2O3(OV-Bi2O3)高效的1O2生成及其在选择性氧化硫醚反应中的应用。OV-Bi2O3比Bi2O3产生1O2的效率更高,应用到氧化硫醚和苯甲醇的实验中,发现OV-Bi2O3均展现出了较高的转化率和选择性。氧空位的存在对氧气的活化有重要的影响。计算结果表明,暗处时,氧气在氧空位处以化学吸附的形式存在,吸附后其电子自旋状态发生改变,形成1O2,在全光照射下,1O2的生成效率更高,从而进一步提高反应的转化率。OV-Bi2O3的活性氧物种单一,仅有1O2,而Bi2O3的活性氧物种除少量的1O2存在外,还会生成·OH和H2O2,是其选择性不高的原因。多次循环稳定性实验表明样品的性能没有下降,表现出了较高的稳定性。第三章中,研究了含光敏性有机配体芘磺酸的Ag基MOF(Ag-PTS-BPY)产生1O2的效率及其在选择性氧化硫醚反应中的应用。众所周知,许多有机光敏剂被光激发后能够生成1O2,但其低效率和不稳定性制约了其实际应用,其与金属配位形成稳定的MOF结构是一种解决方式。我们设计合成了 1,3,6,8-芘四磺酸做有机配体,Ag为金属位点的MOF材料(Ag-PTS-BPY)。全光下,Ag-PTS-BPY在氧化苯甲硫醚中表现出较高的转化率(100%)和选择性(60%),并保持了高稳定性。在光照下,Ag-PTS-BPY被激发产生激子,三线态激子与氧气进行能量交换,产生活性氧物种1O2。另外,光催化氧化过程中,激子的能量转移过程也保护了 Ag+不被光生电子还原,对材料的稳定性起到了重要作用。另外,对制备的Ag-PTS-BPY晶体,还表征了其晶体结构、热稳定性和光物理性能等。第四章中,继续探索有光敏性的有机配体对1O2生成的调控。含光敏性有机配体5,10,15,20-(4-吡啶基)卟啉(TPyP)的Ag基MOF材料(AgTPyP)高效产生1O2及其在选择性氧化硫醚反应中的应用。在可见光(λ>420 nm)照射下,AgTPyP作用下的苯甲硫醚氧化为苯甲亚砜反应的转化率和选择性

关键词： 左旋咪唑   衍生物   有机合成   工艺优化  

摘要： 左旋咪唑是咪唑并[2,1-b]噻唑的衍生物,常用作一种广谱驱虫药,之后被发现对哺乳动物具有免疫调节能力,可作为治疗结肠癌及黑色素瘤的辅助药物,具有广泛的药理活性。因此本论文总结归纳了现有对左旋咪唑及其衍生物的研究,利用电子等排及化学修饰改善水溶性等原理设计了9种左旋咪唑衍生物,选择了左旋咪唑衍生物的合成路线,优化了合成及分离工艺,表征了各目标产物。在左旋咪唑的合成中,确定了以盐酸左旋咪唑为原料,将其与强碱反应得到游离的左旋咪唑碱,再将其过滤萃取得到纯净的左旋咪唑碱。最终选用1.4当量的NaOH作为中和剂,以二氯甲烷为萃取剂时收率最高,达到了96.84%。在左旋咪唑衍生物的合成分离中,确定了将左旋咪唑与溴代物反应制得左旋咪唑衍生物。通过对工艺条件的优化探索,分析了反应溶剂、反应物摩尔比、反应温度及反应时间等因素对收率的影响,得到了较为合理的合成工艺:乙醇作为反应溶剂,左旋咪唑与溴代物的摩尔比为1:2,反应温度为60-78℃,反应时间为12-36 h。以蒸发浓缩结晶的分离方案为主,柱层析分离为辅,得到了一种拥有较高收率与纯度的合成分离方法,并通过1H-NMR表征了各目标产物。最终证明成功合成了9种未见报道的左旋咪唑衍生物,可开展进一步研究。