Chem-Station 机理(五)
请对下面的反应提出一种合理的反应机理。
注意:提出的反应机理必须能够解释控制反应过程立体选择性的关键因素以及反应产物的相对或绝对构型。为保证结构清晰,必须使用chemdraw画出。
参与方式:
备注:昵称由提供答案的伙伴自己来命名,每人只能提交一次答案。
一等奖:1名,300元京东卡;
二等奖:1名,200元京东卡;
三等奖:1名,100元京东卡;
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2024年11月18日
Chem-Station编辑部
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Chem-Station 机理(四)
为下面的反应提出一种合理的反应机理。
请注意每步中产物的立体构型,同时注意提出的反应机理必须能够解释每步中产物的立体选择性。
Chem-Station 机理(四)的参考答案
评分标准:
1. 反应机理合理,关键中间体正确,符合有机化学的相关机理及结构理论,无明显的理论知识错误以及无产物构型标注错误 (75-80分)。
(2) 反应机理箭头标注规范全面,电子转移位置清晰明确,电子转移方向准确无误 (10-15分)。
(3) 在符合上述两点的基础上,图片美观,能够明显吸引读者阅读 (5-10分)。
参考文献:
[1] T. Koshikawa, Y. Nagashima, K. Tanaka, ACS Catal. 2021, 11, 1932. doi: 10.1021/acscatal.0c05394. [2] Chloro(dimethylsulfide)gold(I):M. E. de Orbe, A. M. Echavarren, Org. Synth. 2016, 93, 115. doi: 10.15227/orgsyn.093.0115. [3] C(sp3)−H insertion by cationic gold carbene:H. E. Bruggeman, R. Lorson, L. J. Allen, L. G. Jackson, W. Gee, B. E. Haines, Organometallics 2024, 43, 2147. doi: 10.1021/acs.organomet.4c00359.Chem-Station 机理(四)的获奖名单
一等奖:Fernweh;
二等奖:Hyouryu;
三等奖:Efimich;
本期投稿的小编较少,本期参与奖停发。
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2024年11月18日
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作者:邬佳蓉
导读
近日,德国维尔茨堡大学Greenfield课题组详细研究并展示了调节亚胺光开关(AIP)的分子设计策略,例如通过研究在苯环邻位和对位上引入不同的吸电子基团(EWG)和给电子基团(EDG),建立了一套调节光物理性能的设计规则,使其能够适应不同的应用场景。此研究发表在 Angew. Chem. Int. Ed.上。
Switching Sides: Regiochemistry and Functionalization Dictate the Photoswitching Properties of Imines
J. Wu, L. Kreimendahl, J. L. Greenfield*
Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202415464. Doi:10.1002/anie.202415464
正文
与传统的偶氮类光开关相比,亚胺光开关的独特性不仅在于其动态共价键,使其可作为光驱动的非平衡稳态信息棘轮发挥作用(J. Am. Chem. Soc., 2024, 146, 30, 20720–20727),同时也在于其分子骨架及电子结构。由于这些结构差异,亚胺光开关具有不同于偶氮类似物的光谱响应特性、热稳定性及光致异构化动力学。Greenfield课题组在此前发表于Chemical Science发表的论文(Chem. Sci., 2024,15, 3872-3878)中探索了吡唑环以及芳环上的吡咯取代基对于亚胺光开关性能的显著提升,使得其在可见光条件下可以达到近乎完全的E → Z异构,并显著提升Z构型的热力学半衰期。值得注意的是,优化亚胺光开关的分子设计策略与偶氮类似物并不相同,这是因为在偶氮化合物中,-N=N-存在孤对电子-孤对电子互斥作用,而在亚胺分子中,碳氢单键的存在削弱了这一互斥作用。同时,由于亚胺键(-C=N-)具有不对称性,使其具有不同于偶氮类似物的区位异构体,对光开关性能提供了额外的调控手段。因此,本文详细研究并展示了调节亚胺光开关(AIP)的分子设计策略,例如通过研究在苯环邻位和对位上引入不同的吸电子基团(EWG)和给电子基团(EDG),建立了一套调节光物理性能的设计规则,使其能够适应不同的应用场景。
同时,本课题成功调控Z构型亚胺分子的热力学半衰期至长达25小时,使得获取介稳态Z构型亚胺分子的单晶结构成为可能(如图),这也是有史以来报道过的第一个光致Z构型醛亚胺的单晶结构。这一成果为进一步理解Z-异构体的结构特征及其稳定机制提供了重要的实验依据。
为了延长AIP的热力学半衰期(t1/2),有两种主要策略:稳定Z-异构体,或使过渡态(TS)不稳定。对于两个模型体系,1a(N-吡唑)和2a(N-苯基),计算和实验研究揭示了控制它们热力学半衰期的不同机制。在N-吡唑衍生物中,热力学半衰期主要由Z-异构体的稳定性决定,这是由于它们的过渡态倾向于采用平面几何结构,因而较少受苯环官能化影响。而对于N-苯基衍生物,热力学半衰期主要受到过渡态能量的影响,这种行为与N-苯基的过渡态表现出垂直几何结构的特征一致
调节光开关特性的设计规则:
通过对N-吡唑和N-苯基AIP各自的邻位或对位取代基(包括吸电子和给电子基团)进行详细研究,我们总结出了一系列优化亚胺光开关的设计规则(如图):
固相中的光开关性能
通常,光致异构化分子在溶液中表现出较好的光开关性能,但在固态或薄膜中,由于分子间紧密堆积和运动限制,异构化过程往往受阻。然而,通过spin-coating将AIP分子沉积在石英基底上,成功实现了接近溶液状态下的光开关效率。
实验结果表明,制备的AIP薄膜在固态下能够达到Z-异构体含量的90%,这接近溶液中的95%。尽管薄膜中的Z-异构体半衰期比溶液中有所缩短,但这种在凝聚态下高效光开关行为的实现,证明了AIP材料在智能涂层、分子存储和光控材料等领域的巨大潜力。
本研究的见解为进一步设计具有定制化光开关特性的亚胺光开关奠定了基础,也为我们将来进一步探索这些系统的光控动态共价化学,并确定诸如几何形状和亚稳态的稳定性等特性如何影响动态共价化学系统在光照射下的行为提供了方向。同时,我们也在积极探索更多基于亚胺的光控开关及其潜在应用,感兴趣者欢迎联系jake.greenfield@uni-wuerzburg.de.
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Chem-Station 机理(四)
为下面反应提出一种合理的反应机理。
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2024年11月11日
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Chem-Station 机理(三)
为下面的反应提出一种合理的反应机理。 请注意每步中产物的立体构型,同时注意提出的反应机理必须能够解释每步中产物的立体选择性。
Chem-Station 机理(三)的参考答案
评分标准:
(2) 反应机理箭头标注规范全面,电子转移位置清晰明确,电子转移方向准确无误 (10-15分)。
(3) 在符合上述两点的基础上,图片美观,能够明显吸引读者阅读 (5-10分)。
参考文献:
[1] P. Wang, Y. Gao, D. Ma, J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 11608. doi: 10.1021/jacs.8b08127.Chem-Station 机理(三)的获奖名单
一等奖:Hyouryu;
二等奖:浅白的天空;
三等奖:萝卜炖粉条;
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2024年11月11日
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作者:石油醚
本期热点研究,我们邀请到了本文第一作者来自四川大学的博士生何鑫为我们分享。
2024年11月2日,Angew.Chem. Int. Ed.在线发表了来自四川大学刘小华团队题为「Asymmetric Carbene Insertion into Se-S Bonds by Synergistic Rh(II)/Guanidine Catalysis Involving Chalcogen-Bond Assistance」的研究论文。该文中,他们利用Rh(II)和手性胍的协同催化,通过卡宾反应过程与自发消旋过程竞争,实现了芳硒硫氰酸酯与α-重氮酯的不对称Se-S键卡宾插入反应。手性胍催化剂与底物PhSeSCN之间的硫键和氢键作用实现了对反应化学选择性和对映选择性的双重控制,所得的α-苯硒基-α-硫氰酸酯类化合物是靶向NLRP3炎性小体的抑制剂,能显著地抑制炎症因子IL-1b的释放,发挥抗炎作用。
“Asymmetric Carbene Insertion into Se-S Bonds by Synergistic Rh(II)/Guanidine Catalysis Involving Chalcogen-Bond Assistance
Xin He, Yihua Fu, Ruiying Xi, Cefei Zhang, Kexin Lan, Zhishan Su, Fei Wang, Xiaoming Feng, Xiaohua Liu*
Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202417636. DOI: 10.1002/anie.202417636”
Q1. 请对“Asymmetric Carbene Insertion into Se-S Bonds by Synergistic Rh(II)/Guanidine Catalysis Involving Chalcogen-Bond Assistance”作一个简单介绍。
尽管有机硒/硫化合物在生命和材料科学中具有重要意义,但基于硫族原子的手性化合物的有效构建仍然是一个挑战。硫族原子可以形成称为硫键 (chalcogen-bonding,简称ChB )的净吸引相互作用,但它是一种尚未开发的辅助不对称催化的工具。在此,我们通过手性胍和非手性二铑配合物在三组分或四组分反应中的协同催化,实现了对映选择性的Se-S键卡宾插入反应,构建了同时含有硒基和硫氰基官能团的立体中心。光谱实验和DFT计算表明手性胍催化剂与底物PhSeSCN之间存在硫键和氢键作用。通过生物实验证明,所得的α-苯硒基-α-硫氰酸酯类化合物具有优异的抗炎活性和低的细胞毒性,在发展预防和/或治疗神经退行性疾病、机体代谢紊乱疾病及其并发症、炎症等疾病的药物中具有前景。该研究为硫族键催化模型的发展和含硫属杂原子生物活性小分子的设计提供了新思路。
Q2. 有关本次研究的时候遇到过怎样的困难呢?又是怎样克服的呢
本次研究存在两个困难,第一个困难在于底物的不稳定性,前期尝试了对底物PhSeSCN以及芳基氯化硒进行合成,但由于它们高的活性,这一策略失败,只能选择多步一锅法去完成这个反应;第二个困难在于实验数据波动,在进行了大量的控制实验和实验现象观察,发现底物硫氰酸钠的颗粒大小会影响第一步的反应时间,因此需要将其研磨成粉末,才能得到稳定的实验结果。
Q3. 本次研究主体,有没有什么让您感觉特别辛苦和烧脑呢?
最辛苦和烧脑的部分是机理的研究。对于机理研究,我们做了大量的光谱实验,进行数据分析,再结合DFT计算,才提出这样一个涉及硫键和氢键的独特机理。
Q4. 将来想继续研究化学的哪个方向呢?
受到这次产物高的生物活性的鼓舞,我将继续尝试对手性硒/硫化合物的合成,探索它们潜在的生物活性。
Q5. 最后,有什么想对各位读者说的吗?
非常荣幸受到邀请在此讲述自己做这个课题的相关经历,最想说的就是我们在做课题时一定要善于发现和观察,细节决定成败。比如我在“数据不稳定”这一个问题上就花了两三个月的时间去解决,那段时间试过了很多方法(严格控制水氧、试剂提纯等),都没有解决,心情也非常的糟糕。直到有一次发现同样的一批反应,第一步的颜色却各不相同,在这我就判断是不是NaSCN颗粒大小会影响第一步的反应速率,后面研磨之后也就成功解决了这个问题。从这个事情来看我在这方面就欠缺观察,忽视细节,所以也希望大家在实验过程中要多思考,多观察。
在此要特别感谢冯小明教授以及刘小华教授在整个课题研究中提供的悉心指导和教诲,感谢课题组提供了充实的科研条件。
作者教育背景简介
教育背景:
2021.09-至今 四川大学,有机化学,博士(刘小华教授)
2017.09-2021.06 陕西师范大学,化学,理学学士
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作者:石油醚
本期,我们对教育部近五年有机领域高层次人才进行了整理,如下所示。
2023年 | ||
姓名 | 工作单位 | 研究领域 |
舒兴中 | 兰州大学 | 不对称催化 |
涂涛 | 宁夏大学 | 有机方法学 |
谢劲 | 南京大学 | 金属有机催化(双核) |
徐晶 | 南方科技大学 | 全合成 |
张敏 | 重庆大学 | 全合成 |
2022年 | ||
姓名 | 工作单位 | 研究领域 |
毕锡和 | 东北师范大学 | 金属有机催化(卡宾) |
宋秋玲 | 福州大学 | 有机方法学(硼) |
唐叶峰 | 清华大学 | 全合成(糖) |
朱晨 | 上海交通大学 | 自由基化学(重排) |
2021年 | ||
姓名 | 工作单位 | 研究领域 |
雷晓光 | 北京大学 | 全合成(化学生物学) |
朱守非 | 南开大学 | 不对称催化(铁) |
2020年 | ||
姓名 | 工作单位 | 研究领域 |
无 |
2019年 | ||
姓名 | 工作单位 | 研究领域 |
邵志会 | 云南大学 | 不对称催化/全合成 |
赵宝国 | 上海师范大学 | 不对称催化(仿生) |
工作单位:兰州大学化学化工学院
邮箱: shuxingzh@lzu.edu.cn
教育及工作经历:
2001-2005, 绍兴文理学院 学士
2005-2010, 兰州大学 博士
2010-2012, 威斯康辛大学麦迪逊分校 博士后
2012-2015, 加州大学伯克利分校和劳伦斯伯克利国家实验室博士后
2015-至今 兰州大学 教授
主要研究方向/成就:
工作单位:宁夏大学化学化工学院
邮箱:taotu@fudan.edu.cn
教育及工作经历:
1994.09 — 1998.08 东华理工大学
1998.09 — 2003.10 中国科学院上海有机化学研究所博士
2003.11 — 2005.11 加拿大蒙特利尔大学化学系,博士后
2005.11 — 2009.04 德国波恩大学化学系,洪堡学者、助理研究员;
2009.04 — 2011.11 复旦大学化学系,副研究员、博士生导师
2011.11 — 2024 复旦大学化学系,教授、博士生导师
2024.07 — 至今 宁夏大学化学系,教授、博士生导师
主要研究方向/成就:
近年来研究兴趣主要集中在在以优势金属有机化合物的功能为导向,通过超分子组装策略构筑金属有机组装体,详细研究和考察了组装体功能及应用。一方面通过自组装策略制备一系列刺激响应型金属有机分子凝胶,根据其理化性质应用于超分子催化、识别及细胞成像等方面;另一方面基于金属氮杂环卡宾化合物活性高和稳定性好的特点,以刚性咪唑盐作为前体通过配位组装、超交联策略制备了一系列稳定、高效、可重复使用的固体分子催化材料,在实现优势催化就高效负载的同时,实现了二氧化碳、生物质等资源小分子高值化及能源转化方面的应用。
工作单位:南京大学化学化工学院教授
邮箱: xie@nju.edu.cn
教育及工作经历:
2008-2013, 南京大学 博士
2013-2017, 德国海德堡大学 博士后
2017-2019, 南京大学化学化工学院 副教授
2019-至今, 南京大学化学化工学院 教授
主要研究方向/成就:
工作单位:南方科技大学化学系教授
邮箱:xuj@sustech.edu.cn
教育及工作经历:
1996-2000, 南昌大学,学士
2001-2004, 同济大学,硕士
2005-2009, 莱比锡大学,博士(summa cum laude)
2004-2005, 药明康德新药开发有限公司,合成部研究员
2009-2013, 加利福尼亚大学圣迭戈分校,博士后研究员
2014-2015, 南方科技大学化学系,助理教授
2015-2020, 南方科技大学化学系,副教授
2020-至今, 南方科技大学化学系,长聘教授
主要研究方向/成就:
工作单位:重庆大学药学院教授
教育及工作经历:
1999-2003, 四川大学华西药学院,本科
2003-2009, 四川大学华西药学院,博士
2009-20013, 美国威斯康辛大学麦迪逊分校药学院,博士后
2013-2019, 重庆大学药学院,研究员
2020-至今, 重庆大学药学院,教授
主要研究方向/成就:
工作单位:东北师范大学化学学院教授
邮箱:bixh507@nenu.edu.cn
教育及工作经历:
1996- 2000 东北师范大学 化学 学士
2000 – 2006 东北师范大学 有机化学 博士
2006- 2008 德国波恩大学凯库勒研究所 博士后
2005- 2008 东北师范大学化学学院 讲师
2009 -至今 东北师范大学化学学院 副教授,教授
主要研究方向/成就:
工作单位:福州大学化学学院教授
教育及工作经历:
1994-1998,郑州大学,化学系,学士
1998-2001,北京大学,化学与分子工程学院,硕士
2002-2006,美国普林斯顿大学,化学系,博士
2007-2011,美国制药公司,研究员/项目主管
2012-2012,华侨大学,副教授
2012-2023,华侨大学,教授
2023-至今,福州大学,教授
主要研究方向/成就:
工作单位:清华大学药学院教授
教育及工作经历:
1995-1999, 兰州大学化学化工学院基地班, 本科
1999-2002, 中国医学科学院药物研究所, 硕士
2003-2006, 北京大学化学与分子工程学院, 博士
2006-2009, 美国The Scripps Research Institute, 博士后
2010-2012,清华大学医学院和艾滋病综合研究中心,副教授
2012-2018, 清华大学药学院tenure-track助理教授
2018-至今,清华大学药学院长聘副教授
主要研究方向/成就:
工作单位:上海交通大学变革性分子前沿科学中心教授
教育及工作经历:
1999-2003, 厦门大学,化学化工学院,学士学位
2003-2008, 中国科学院上海有机化学研究所,博士学位
2008-2009, 日本东京学习院大学 博士后
2009-2013, 美国德州大学西南医学研究中心 博士后
2013-2022, 苏州大学材料与化学化工学部,教授,博士生导师
2022-至今, 上海交通大学 变革性分子前沿科学中心 长聘教授
主要研究方向/成就:
工作单位:北京大学化学与分子工程学院教授
教育及工作经历:
1997 -2001,北京大学,学士
2001 -2006,美国波士顿大学,博士
2006-2008 美国哥伦比亚大学 博士后(生物有机化学)
2008-2013 天津大学 药学院 副教授, 教授
2008-2012 北京生命科学研究所 研究员, 化学中心主任
2013-2014 北京生命科学研究所 高级研究员
2014-2017 北京大学 化学学院 特聘研究员with tenure ,博士生导师
2014-至今 北大-清华生命科学联合中心 高级研究员
2017-至今 北京大学 化学学院 新体制长聘正教授, 博士生导师
主要研究方向/成就:
工作单位:南开大学化学学院教授
邮箱:sfzhu@nankai.edu.cn
教育及工作经历:
1996 -2000,南开大学化学系,理学学士
2000 -2005,南开大学元素有机化学研究所,理学博士
2005 -2008,南开大学化学学院,讲师
2008 -2013,南开大学化学学院,副研究员
2012 -2013,日本东京大学,博士后,
2013 -至今,南开大学化学学院,教授
2014-至今,南开大学元素有机化学国家重点实验室,固定研究人员
主要研究方向/成就:
工作单位:云南大学化学科学与工程学院
教育及工作经历:
2001-2004 年,兰州大学获理学博士学位;
2004/08-2006/03,加拿大蒙特利尔大学 博士后;
2006/04-2007/08,香港理工大学 博士后;
2014/09-2015/03,美国斯坦福大学 高级研究学者
2007/09-至今,云南大学自然资源药物化学教育部重点实验室/化学科学与工程学院工作。
主要研究方向/成就:
工作单位:上海师范大学化学与材料科学学院
教育及工作经历:
1992-1996,学士,武汉大学
1999-2002,硕士,南京大学
2003-2006,博士,中国科学院上海有机化学研究所
2006-2011,美国科罗拉多州立大学 博士后
2011-至今,上海师范大学 教授
主要研究方向/成就:
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(3) 在符合上述两点的基础上,图片美观,能够明显吸引读者阅读 (5-10分)。
一等奖:爱吃豆角;
二等奖:Hyouryu;
三等奖:sk;
参与奖:浅白的天空和 YCH;
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2024年11月4日
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二等奖:1名,200元京东卡;
三等奖:1名,100元京东卡;
参与奖:2名,化学空间大礼包
2024年11月4日
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二等奖:1名,200元京东卡;
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2024年10月28日
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