X-MOL特刊:美国《化彩宝贝网站学化工新闻》评选     DATE: 2020-03-29 18:00

  商酌职员下一步的倾向是弄显现何如放大合成范围,而且调节伎俩以创制出分别尺寸和手性的纯单壁碳纳米管。

  美邦化学会的《化学化工讯息》(Chemical & Engineering News年的十大化学商酌进步。X-MOL讯息带群众沿途来浏览这些令人属目的科研成效。

  一个成员来自德邦、中邦和加拿大的邦际商酌团队告成制备了IrO4+,即首个具有+9氧化态元素的分子。科学家们运用脉冲激光正在含氧的氩气氛围中轰击金属铱靶以制备IrO4+,并使用质谱、红外光谱和计较时间来商酌这一产品。科学家们还试图运用强氧化剂解决铱氧化物来合成可差别的IrO4+盐,但目前为止还没有找到精确的试剂组合。

  康奈尔大学的Geoffrey W. Coates商酌小组使用手性钴催化剂,使环氧丙烷对映体和琥珀酸酐共聚,取得了一种呈半晶体立体复合物态的聚(琥珀酸丙二醇酯),一类新的热塑性塑料。该立体复合物蚁合物同时包罗右旋和左旋的蚁合物链,能够以孤单右旋或左旋无法完结的办法举办结晶,彩宝贝网站高分子化学家能够更好地节制其热性子和生物降解性。要清爽,立体复合物是极为罕睹的,已知的例子仅有十几个。

  科学家们运用该体例来模仿乙炔蚁合以及由粗略化合物天生生物分子和其它杂乱产品,这些粗略化合物正在早期地球即存正在,似乎于经典的1953年Urey-Miller实践所用。该计较体例正在虚拟境况中搀和压缩化合物,运用量子力学来模仿键断裂、键酿成和分子重排,通过跟踪反响物和产品之间的最小能量途径以确定反响机制。

  本年,合于盐增加剂正在特定类型Negishi偶联反响中的功用,化学家们有了新展现。来自约克大学的Lucas C. McCann和Michael G. Organ正在近十年的商酌后获得结论:芳基和烷基锌卤化物试剂必要金属卤化物(如氯化锂)行动盐增加剂启动交叉偶联反响,不过,二芳基锌试剂不必要该盐增加剂,二烷基锌试剂以至底子不起功用。作家注释,合节正在于使锌肇始试剂与相宜的溶剂极性相立室,以酿成活性锌转金属族(zinc transmetalating species)。如有必要,插手盐增加剂能够煽动这一流程。

  本年,两个科学家团队区别独立宣布了他们的商酌成效,为这一题目找到了可以的处理计划。

  自1977年被展现此后,荣获诺贝尔奖的Negishi偶联反响已被普及用于拼接两个有机基团以天生更杂乱的分子,这些分子能够是抗生素,也能够是发光二极管的活性化合物。

  自2012年此后,钙钛矿型太阳能电池的发挥正正在飞速发展。本年2月,C&EN报道了当时最密切的钙钛矿型太阳能电池有大约16%的转换服从;本月早些时刻,美邦邦度可再生能源实践室说明,一个来自韩邦化工商酌所(Korea Research Institute of Chemical Technology)的太阳能电池其转换服从到达了20.1%。

  瑞士联邦理工学院的构造生物学家Nenad Ban高度评议这一商酌成效,“这是一个伎俩学的冲破,运用电子显微镜正在原子级的分离率上理会这样雄伟的卵白质复合物构造……省去了晶体学中解析雄伟分子复合物构造的步伐。”

  北京大学李彦教员的商酌团队孕育出的单壁碳纳米管纯度高达92%,而以前最高但是55%(Nature 2014, DOI:10.1038/nature13434)。这些碳纳米管手性简单,具有金属的性子。李教员说,合节是寻找到创制高温钨钴合金纳米晶体催化剂的“精确配方”,而该催化剂用于纳米管“种子”的孕育。

  该伎俩采用由图形解决单位(计较机视频卡)加快的从新分子动力学来模仿化学反响。正在模仿中,纳米反响器识别了少许曾经通过实践技巧展现的产品,同时还识别了少许尚未展现的产品。这些产品尚未被展现的原由,广泛是化学家无法正在实践室完毕制备它们所需的高温和压力。

  单壁碳纳米管具有特有的强度、柔韧性和导电性,看起来似乎卷起的铁蒺藜,有愿望用于太阳能电池和小型化的电子电道中,运用前景被相仿看好。不过,单壁碳纳米管正在坐褥流程中会遭受一个长久无法处理的题目——产品纯度低。碳纳米管产品往往是百般直径和百般手性的搀和物。要清爽,手性是碳纳米管碳原子的构型,能够影响碳纳米管的性子是似乎金属或者似乎半导体。

  不过,据芬兰和荷兰科学家正在本年宣布的的商酌结果(Phys. Rev. Lett. 2014, DOI:10.1103/physrevlett.113.186102),这个商酌小组取得的图像,有可以不是真正的氢键,而是原子力显微镜的针尖与分子之间势能面的彼此功用。

  英邦曼彻斯特大学科学家的另一项商酌展现,纯净的单层石墨烯传导质子的才智好的出人预思(Nature 2014, DOI:10.1038/nature14015)。这一展现能够用于燃料电池中,燃料电池必要薄的质子传导膜。

  另一个德邦和瑞士的科学家团队,以众环芳烃分子为前体例备出简单类型的单壁碳纳米管(Nature 2014, DOI:10.1038/nature13607)。正在铂外外加热后,这种前体折叠成纳米管帽,跟着乙醇行动碳源的插手,该纳米管慢慢拉长,最终获得无瑕疵的金属性单壁碳纳米管产物。

  被称为石墨烯的碳超薄膜,具有优异的物理和化学性子,其潜正在的运用不停让业界风趣剧烈。

  该立体复合物蚁合物的潜正在用处包罗生物医学资料以及可生物降解的大型包装资料。

  用高纯度硅等半导体资料制成的贸易太阳能电池,将阳光转换为电能的服从大约为25%,但是,它们本钱慷慨。过去那些本钱更低的电池,譬喻那些基于蚁合物或量子点的电池,它们的太阳能转换服从永远不高,只可到达10%支配。

  Romesberg的商酌团队展现,活细菌内自然的细菌DNA蚁合酶能够识别并复制该DNA,而且DNA修复酶也不会降解该DNA。以前,“巩固版”DNA的创修、复制、转录成信使RNA(mRNA)、翻译成非自然氨基酸,曾经正在体外取得告成,正在活细胞内取得告成尚属初次。

  这一展现意味着化学家们不再仅凭借一套准绳反响条款来举办全体类型的偶联反响,相反,他们能够挑选条款以优化反响,正在某些情状下借使不必要创建更“绿色”的反响,以至能够不必盐增加剂。

  DNA中的两对碱基——腺嘌呤和胸腺嘧啶,胞嘧啶和鸟嘌呤——是地球性命正在漫进步化流程入选择的遗传暗码。

  借使“巩固版”DNA正在体内转录,mRNA就将具有216种暗码子(氨基酸编码单元),而不是广泛的64种,这样,正在一个卵白质中一次插入众个类型的非自然氨基酸就成为了可以。

  阿姆斯特丹大学的计较化学专家Bernd Ensing评叙述,“固然纳米反响器还必要优化,不过,它仍是一个要紧的里程碑,可以导致商酌形式的转嫁,以及对何如举办虚拟实践的全新研究……这种模仿变得矫正确更迫近实际,它们的位置越来越要紧,将增加并最终代替片面实践化学。”

  该项商酌成效希望用于开辟药品、疫苗和纳米资料。Romesberg与他人合股创设了一家名为Synthorx的公司,以寻求把可以变为实际。

  这些科学家们展现,“咱们不是说没有氢键功用,咱们只是揭示了没有任何键存正在时的结果,你能够用来做比拟”。科学家们用原子力显微镜商酌双(对吡啶基)乙炔分子的四聚体,该四聚体由分子间的C-H∙∙∙N氢键维系正在沿途,位于独立分子上的两个氮原子被拉近到3 Å。这两个氮原子应当没有任何成键彼此功用,但原子力显微镜图像却显示了一个键存正在于两个原子之间。

  2013年,来自中邦的一个商酌小组正在《Science》杂志报道了氢键彼此功用的原子力显微镜(AFM)图像,揭示了维系8-羟基喹啉分子的氢键的电子密度(Science 2013, DOI:10.1126/science.1242603)。

  本年之前,正在分子中能观测到的原子最高氧化态是+8,譬喻少数的四氧化物:RuO4、OsO4、IrO4和XeO4。这些分子,个中央金属原子具有充溢的价电子能够给出,而且其高电荷能够通过小且呈高电负性的配体(如氟或氧)来不乱。IrO4很有愿望取得更高氧化态,由于个中的铱原子还含有一个5d价电子能够给出。

  陶氏化学的资深科学家Eric P. Wasserman评议它“可以是研发一类全新热塑性蚁合物的基石”。

  正在Negishi偶联反响中,锌试剂广泛由有机金属前体和锌卤化物制备。该锌试剂将其有机基团转变到钯催化剂,酿成钯复合物,这一流程称为转金属化(transmetalation)。钯复合物然后介导该有机基团与另一个有机基团(出处于有机卤化物)之间发作C-C偶联反响。

  构造生物学商酌正在本年赢得了里程碑式的发展。无需古板的卵白质纯化和结晶流程,仅运用低温电子显微镜时间(cryogenic electron microscopy),剑桥大学MRC分子生物学实践室的Venkatraman Ramakrishnan和Sjors H. W. Scheres的商酌团队取得了酵母线粒体内核糖体大亚基的近原子级其余构造,分离率为3.2 Å。

  此外,本年美邦西北大学的科学家外明了(CH3NH3)SnI3可用于创制钙钛矿型电池。(CH3NH3)SnI3是一种对氛围敏锐的无铅资料,切合ABX3化学计量,广泛与其它太阳能电池组件不相容。这一资料不含铅,也处理了人们对待铅毒性的顾虑(Nat. Photonics 2014, DOI:10.1038/nphoton.2014.82)。

  很众科学家笃信,为了满意来日环球能源的需求,人们必须凭借便宜太阳能电池以获取太阳那近乎无尽的能量。

  该商酌小组最先打算一个手性钴催化剂,然后使用(R,R)型或(S,S)型的催化剂,使(R)型或(S)型氧化丙烯与琥珀酸酐共聚以发生(R)型或(S)型聚(琥珀酸丙二醇酯)。除了可生物降解,该立体复合物蚁合物的熔点约为120℃,比孤单构象的蚁合物或者低密度聚乙烯高40℃。此外,该立体复合物蚁合物能够从熔融状况神速结晶。

  本年,斯克里普斯商酌所的Floyd E. Romesberg和他的同事们扩展了这一暗码,他们正在活的细菌细胞中导入了包蕴三个碱基对的DNA(“巩固版”DNA)。新碱基,d5SICS和DNAM,通过疏水彼此功用成对,而不像自然DNA碱基通过氢键成对。

  牛津大学的商酌职员展现,插手一层嵌有碳纳米管的绝缘蚁合物,能够抬高钙钛矿型太阳能电池对湿度和热降解的阻挡力(Nano Lett. 2014, DOI:10.1021/nl501982b)。

  该卵白质“机械”分子量约3百万道尔顿,包罗39个卵白质,对待酵母细胞内线粒体膜卵白的创制至极合节。

  石墨烯的个性之一,化学不乱性,正在本年受到了质疑。一项商酌显示,当还原石墨烯氧化物(reduced graphene oxide, RGO,一种溶液态步地的石墨烯)行动支柱层正在催化反响和电子配置中运用时,该资料能够分化。该商酌外明,当透露于紫外线下,行动二氧化钛纳米粒子支柱层的RGO会不测分化(Chem. Mater. 2014, DOI:10.1021/cm5026552)。这些具有光催化活性的纳米粒子外外会发生羟基自正在基,氧化攻击RGO,导致RGO片断化并酿成众环芳烃化合物。借使不绝透露于紫外线下,这些众环芳烃化合物最终会所有分化为二氧化碳和水。

  斯坦福大学的科学家们发理解一个新的计较化学体例,名为“从新纳米反响器”(“ab initio nanoreactor”),来助助发新的反响途径和新的化学产品。

  取得这一商酌成效要谢谢新一代的电子探测器,它们具有史无前例的速率和矫捷度。这些检测用具有极高的分离率,不会被高能电子所损坏,而且反响足够速,能够抵消正在理会流程中卵白质复合体发作挪动对构造理会带来的影响。