发挥科研实验室仪器测试平台在研究生培养中的作用--吉林大学超分子结构与材料国家重点实验室

熟练操作科研仪器是化学学科研究生必须具备的能力。超分子结构与材料国家重点实验室建设了仪器测试平台,将仪器测试平台与研究生培养相结合,使科研仪器学习和训练融入到研究生日常科研工作中。仪器测试平台的使用推动传统科研仪器教、学、用方式的转变,提高科研仪器培训质量和使用效率。实践表明,仪器测试平台的引入提高了研究生的学习积极性和主动性,有助于研究生学习科研仪器知识、锻炼实验技能、培养综合分析与解决问题的能力。仪器测试平台的合理运用对化学学科研究生培养起到重要的支撑保障作用。

基于分子间π-π相互作用形成的吖啶荧光化合物超分子结构及其性能研究

合成了10-甲基-1,2-苯并吖啶(10-M ethyl-benzo[1,2]acrid ine,MBA),用X射线单晶衍射方法获得了其单晶结构.结构分析结果表明,在MBA晶体中,由于存在分子间π-π相互作用,形成了一维无限伸展的分子柱.用MBA制备了微米晶体,通过调控反应物的浓度可以获得长方和线状的微米晶体,用荧光显微镜考察了微米晶体的形貌.研究了MBA的紫外吸收和荧光发射光谱性质,实验结果表明,MBA是一种具有蓝光发射特点的有机分子.

氧化石墨烯辅助的超分子骨架膜用于水包油型纳米乳液的高效分离

制备可以同时高效且高通量地处理纳米乳液的超浸润材料仍然具有挑战。为此,本文提出了一种通过在超分子骨架纳米片上修饰氧化石墨烯以增强亲水性的策略。通过将两种具有片状形态的材料连续抽滤于商业基质上,可制备得到氧化石墨烯辅助的超分子骨架复合膜,并用于分离具有纳米尺寸液滴的水包油乳液。骨架一方面通过均匀的纳米孔拦截乳液中分散的微小液滴,另一方面也通过带负电的表面提供静电相互作用来驱动破乳过程发生。具有良好亲水性的氧化石墨烯赋予膜材料改善的亲水能力和水合层。该复合膜具有纳米级的截留尺寸、带负电的表面和水下疏油性,并且还获得了高的水通量和耐油污染性。基于尺寸筛分和破乳效应,该复合膜可有效地去除分散在水包油乳液中由非离子、阴离子和阳离子表面活性剂稳定的纳米油滴。特别是对于离子型乳液,在分离后动态光散射未检测出残留液滴。滤液中总有机碳含量小于10 ppm,对应着大于99.9%的分离效率,优于许多国家和组织的标准。在各种乳液的分离过程中,复合膜表现出较高的分离渗透性,约为原始骨架膜的3.5倍。此外,具有防污效果的复合膜获得了较高的通量回收率,通过简单的水洗处理即可实现5次具有稳定分离性能的循环。该复合膜在重复使用过程中没有组分损失,在150℃内具有热稳定性,并能抵抗腐蚀性化学环境。在本工作中,我们试图将具有不同结构特性和表面特性的两种组分结合,通过简单的方法制备复合膜,并在功能协同作用下实现水包油型纳米乳液的高性能分离。

链长对苯乙烯基吡啶类液晶化合物的分子结构及相变行为的影响

在氢键诱导液晶化合物中,针对做为质子给体的苯乙烯基吡啶类液晶化合物,通过红外和拉曼光谱研究了链长对分子结构和相变行为的影响。末端链长的改变直接影响到相变次序和相转变温度,同时影响整个分子的排列方式。

应用二维偏振红外与拉曼相关光谱研究反铁电液晶的分子结构

应用偏振红外、拉曼光谱研究了一种反铁电液晶化合物在78℃时,SCA 相中的烷基链、刚性核部分的构象、分子排布。用二维相关技术对所得到的偏振红外、拉曼光谱进行分析,把与手性碳相连的甲基的反对称及对称伸缩振动谱带同烷基链中的甲基伸缩振动谱带区分开,并发现在反铁电相中同时存在s-cis和s-trans两种构象。

铽(Ⅲ)配合物的纳米导电高分子结构及荧光性质的研究

以聚乙烯咔唑(PVK)为基质,分别采用直接掺杂法和原位复合法制备了含稀土铽(Ⅲ)配合物的纳米发光薄膜,并且对膜层的荧光光谱、紫外吸收光谱、透射电镜和原子力显微镜进行了研究,实验结果表明:当稀土配合物被复合到导电高分子PVK中,铽配合物是以纳米的尺寸分散在聚合物基质中,两种方法获得的薄膜都发出了铽离子的特征荧光。

激光诱导Ag纳米线负载超薄CoNi-LDH纳米片异质结构上4-Mpy分子吸附方式转变的SERS光谱研究

层状双氢氧化物(LDHs)作为一种无机纳米材料,具有催化活性高、组成可调、制备简单、成本低等特点,在光电催化中应用广泛。该研究制备了Ag纳米线(NWs)核上生长超薄CoNi-LDH纳米片壳层(Ag@CoNi-LDH)的异质结构,Ag NWs的高SPR性能赋予了材料优异的SERS性能。SERS光谱发现激光可以诱导4-巯基吡啶(4-Mpy)分子在Ag@CoNi-LDH异质结构上发生吸附方式的改变,有利于揭示Ag@CoNi-LDH作为催化剂的活性位点。

几种取代苯硫酚分子结构与振动光谱的理论研究

采用密度泛函理论(density functional theory,DFT)中的杂化密度泛函B3LYP方法,在6-311++G**基组水平上对几种取代苯硫酚分子的构型进行了几何优化,得出了它们的最稳定构型并对其能级差、核独立化学位移、极化率和振动光谱进行了理论计算。研究结果表明,4-巯基吡啶(4-MPY)、4-巯基苯甲酸(4-MBA)和4-巯基苯胺(PATP)均为平面构型,1,4对巯基苯(BDT)中S-H键与苯环平面的夹角为20.2°,4-甲基巯基苯(4-MBT)中S-H键与苯环平面的夹角为39.6°。几种分子都具有很强的芳香性和较大的极化率值。5种分子的极化率张量平均值大小顺序为BDT>4-MBT>4-MBA>4-MPY>PATP,极化率的各向异性不变量变化趋势为4-MBA>4-MBT>BDT>PATP>4-MPY。

系列Mn(Ⅱ)配位超分子的合成、晶体结构和表面光电压研究

采用水热合成方法得到了三种Mn(Ⅱ)配位超分子:Mn(2,5-dcp)2(H2O)2(1),Mn(INA)2(H2O)4(2)和Mn(phen)2Cl2(3)(2,5-dcp=pyridine-2,5-dicarboxylic acid,INA=iso-nicotinic acid,phen=1,10-phenanthroline).通过X射线单晶衍射、红外光谱(IR)、紫外光谱(UV-Vis)及表面光电压光谱(SPS)等方法对化合物进行了表征.三种化合物中均存在大量的氢键,使化合物晶体构成了无限延伸的三维网络结构.表面光电压谱显示了化合物1～3在300～600nm范围内呈现出正的光伏响应带,具有P-型半导体的特征.讨论了氢键在超分子构建中的作用以及不同配位环境对于配合物表面光电压的影响.

超分子配合物{[Cd(phen)_3]·NDC·8(H_2O)}的合成、晶体结构和性质

利用水热合成反应制备了超分子配合物{[Cd(phen)3].NDC.8(H2O)}(1)(phen邻菲啰啉;H2NDC2,6-萘二酸),通过元素分析和单晶X射线衍射对配合物表征.单晶X射线衍射分析表明,配合物1属于三斜晶系,P1空间群,a=1.2010(2)nm,b=1.2864(3)nm,c=1.7097(3)nm,α=74.21(3)°,β=69.92(3)°,γ=71.40(3)°,V=2.3117(8)nm3,Z=2,R1=0.0660,wR2=0.2043.荧光光谱分析结果表明,配合物1在紫外光的激发下有光致发光特性.

原子力显微镜在细胞与生物大分子超微结构和力学研究中的应用

作为微纳米科学理论与技术迅猛发展的代表,原子力显微镜(atomic force microscopy,AFM)在其25年的发展过程中极大地推进了生物学在微纳米尺度上的拓展,为微纳米生物学的诞生与发展提供了重要技术手段。本文在介绍AFM基本原理和检测模式的基础上,结合作者在该领域的研究成果和工作经验,从生物结构与形态学研究、表面物化性质表征、生物大分子的力学操纵三方面综述了AFM在细胞与生物大分子超微结构与生物力学特性研究中的具体应用,并重点探讨了AFM在细胞与生物大分子科学研究中亟待改进和解决的科学与技术问题,提出了一些探讨性的见解和建议。

生物大分子超微结构研究中的原子力显微术

原子力显微镜作为第三代显微探测工具,具有原子级的空间分辨率,其样品制备方法简单易行,可在离体的近生理条件下直接观测生物样品及其动态变化过程,能够对样品进行力学操纵,在观察生物大分子的结构和生物力学特性上具有显著的优势。本文尝试从蛋白质、核酸、多糖的超微结构和力学特性的研究角度入手,期望向读者展现出原子力显微镜在大分子生物学研究中的应用前景。

十字交叉型π共轭分子3,6-二苯-1,2,4,5-(2′,2″-二苯基)-苯并二噁唑的电子结构和电荷传输性质的理论研究

采用密度泛函理论的B3LYP方法,在6-31G(d)基组水平下研究了以三联苯和二苯基苯并噁唑构成的十字交叉型共轭分子3,6-二苯基-1,2,4,5-(2′,2″-二苯基)-苯并二噁唑的电子结构和电荷传输性质.通过对分子的重组能和晶体中分子间电荷传输积分的计算得到该分子的空穴迁移率为0.31 cm2.V-1.s-1,电子迁移率为0.11 cm2/(V.s).计算结果表明,空穴的传输主要是通过三联苯方向上两端苯环的"边对面"的相互作用以及分子中心π体系的错位重叠相互作用来实现的.而电子的传输路径主要是通过苯并噁唑方向的π-π重叠相互作用来实现.通过分析分子正负离子态的Mulliken电荷发现,正电荷较多分布在三联苯方向上,而负电荷较多分布在苯并噁唑方向上.计算结果表明,电子和空穴的传输分别在分子相互交叉的不同方向上,有利于电子和空穴的平衡传输.

酶促聚合:绿色的高分子材料合成技术

以酶促聚合为代表的绿色高分子合成途径,以其反应条件温和、产物多分散性低、无金属催化剂残留、高度立体和区位选择性等优势,成为医用高分子材料合成领域中的研究热点。目前,氧化还原酶、水解酶、转移酶均成功应用于聚合反应,其中脂肪酶催化的缩聚反应及开环聚合反应研究最为广泛,同时,以可逆加成-断裂链转移聚合和原子转移自由基聚合为代表的酶促可逆失活自由基聚合得到了快速发展。针对酶促聚合中单体及合成产物结构与性能单一、应用范围有限等缺陷,基于酶促聚合与原子转移自由基聚合、开环易位聚合等反应的偶联,制备了多种不同结构与性能的聚合物材料,推动了上述材料在药物与基因递送领域中的应用。本文综述了脂肪酶催化聚合、酶促可逆失活自由基聚合、酶促化学偶联催化等方面的研究进展,并探讨了目前研究的局限性和未来研究方向。

互利共生在有机化学中的应用:锡氢烷的杂脱氢偶联与喹啉还原的相互促进

S,O,N,P与Sn原子组成的杂原子锡化合物(SSn,OSn,NSn和PSn)在有机合成和医药领域中具有广泛的应用.目前,构建杂原子锡化合物主要采用传统的复分解方法,但这种方法反应条件苛刻且效率低.其他构建杂原子锡化合物的方法,如加成反应和自由基反应等,也存在底物范围较窄的问题.在锡烷杂脱氢偶联反应中,锡烷上的负氢和杂原子上的正氢以氢气的方式逸出,该过程需要较高的反应能量,可能导致部分底物反应困难或效率低.为了解决上述问题,本课题组在前期工作中(Adv.Synth.Catal.,2021,363,5319–5329)将互利共生的概念应用于有机合成,采用B(C_(6)F_(5))_(3)作为催化剂,通过一锅法实现吲哚的C3位硅烷化或硼烷化以及喹啉的还原.在这一过程中,喹啉能够将副产物吲哚啉上的正氢和负氢通过氢转移的方式移除,既促进了吲哚的官能化反应,又实现了自身的还原.在前期工作的基础上,本文以B(C_(6)F_(5))_(3)为催化剂,在锡烷杂脱氢偶联反应中引入喹啉,协助锡烷和杂原子上的负氢和正氢以氢转移的方式移除,该反应同时会促进喹啉还原得到四氢喹啉.在反应过程中,B(C_(6)F_(5))_(3)催化喹啉的1,4-氢锡化反应生成少量1,4-N-锡化-二氢喹啉,反应很快达到平衡.同时游离的B(C_(6)F_(5))_(3)与杂原子氢化合物(EH)底物组成中间体[ESnH]+[HB(C_(6)F_(5))_(3)]‒,该中间体通过氢转移将1,4-N-锡化-二氢喹啉中间体转化为N-锡化-四氢喹啉进而加速喹啉的还原,而1,4-N-锡化-二氢喹啉可以作为氢受体促进[ESnH]+[HB(C_(6)F_(5))_(3)]‒中间体转化生成ESn(E=S,O,N和P).N-锡化-四氢喹啉与EH发生复分解反应迅速生成另一分子ESn和四氢喹啉,实现相互促进的过程.该策略能够在温和条件下快速获得57种ESn产物和17种四氢喹啉产物.在喹啉的辅助下,含有较大位阻或强吸电子基团的酚类、部分烷基醇、苯胺、吲哚、烷基或芳基磷底物的产率明显提升.利用该反应体系,以较高的产率合成了两种药物结构的类似物.根据一系列控制实验、反应监测、关键中间体捕获及合成实验和氘代控制实验结果,提出了反应机理.该互促反应由三部分组成,分别为喹啉的1,4-氢锡化、正负氢转移以及复分解反应,氢锡化和氢转移反应相互促进,复分解反应同时促进氢锡化和氢转移,进而实现整个反应的相互促进.综上,本工作高效合成了杂原子锡化合物以及四氢喹啉化合物,并对反应机理进行了详尽的研究和阐述,为有机锡化合物的构建和应用提供借鉴和参考.

推拉电子结构手性四配位硼的光学性质

圆偏振发光(Circularly polarized luminescence,CPL)有机分子是一类重要的手性光学材料,在有机光学和有机电子学等领域受到广泛关注。通过引入手性联萘基团和构建推拉电子结构的设计理念同时实施到双硼氮桥联联吡啶单元,发展出了一系列具有推拉电子结构的手性四配位硼分子。结果表明,改变给电子单元可以调节分子的发光现象,含有二苯胺(2a)和咔唑(2b)单元的分子展现出典型的聚集诱导荧光淬灭现象,而含有9,9-二甲基-9,10-二氢吖啶(2c)单元的分子具有特征的聚集诱导发光性质。手性联萘基团的引入使3个分子具有手性光学性质,展现出圆二色信号和圆偏振发光特性,它们的不对称因子均超过了1×10^(-3),另外,改变给电子单元有效调节了手性分子的发光颜色。

基于三联吡啶配体的发光超分子组装体

发光的金属配位超分子组装体具有丰富多样的光物理特性,被广泛应用于光电材料、生物传感、催化等领域,因此,发展新型发光配位超分子结构并实现其独特发光性质一直是该领域的研究热点。本综述全面总结了基于三联吡啶的配位超分子组装体在发光领域的最新进展,围绕这些已报道的二维和三维超分子结构的构筑策略,实现材料发光性质调控的手段(浓度、压力、温度等),以及在传感、发光器件、主客体包封等方面的应用进行了总结。

聚合物分子动力学软件PyGAMD及在国产异构计算平台的适配

【目的】分子动力学模拟是研究微/介观尺度下物质内部运动和相互作用的强大工具,使科研人员可以观察到实验难以捕捉的细节。开发并优化分子动力学模拟软件可以使科研人员能够分析和预测复杂系统的微观行为,推动材料和医药等领域的科学发现与创新。【方法】传统的分子动力学模拟软件主要基于Fortran、C或C++等编程语言开发,其复杂的代码结构使得大多数用户难以增加新的功能。为此,我们汲取自主开发聚合物分子动力学模拟软件的经验,基于解释型语言Python开发了分子动力学模拟解释器PyGAMD。【结果】该解释器支持用户自定义分子动力学模拟功能,还包括了聚合物建模工具、异构加速库、数据处理等工具,用户可以通过PyGAMD轻松组合所需模块完成分子动力学模拟工作。在计算效率方面,PyGAMD的表现在多数场合都非常出色。未来,PyGAMD的发展将侧重于构建高度自由的多模块化框架,同时开发机器学习势能和细粒化等功能。

带不同推电子基团二聚苯撑乙烯的电子结构与发光性能

用Ｗｉｔｔｉｇ 路线合成了一系列带不同推电子取代基的二聚苯撑乙烯， 用紫外光谱和循环伏安方法测定其电子结构， 并用量子化学计算方法对齐聚物的电子能级进行模拟． 讨论了吸收光谱。

化学气相沉积法制备ZnO纳米结构薄膜及其SERS活性研究

Zinc oxide nanostructure thin films were prepared on quartz slides via chemical vapour deposition(CVD). Various nanostructures such as nanorod, nanowires and surface-rough nanocubes, could be obtained under carefully tuning experimental conditions. The surface-enhanced Raman scattering(SERS) character of these films was investigated by using 4-mercaptopyridine(4-MPY) as the probing molecule.