人类谷胱甘肽S-转移酶M1a-1a催化的亲核芳香取代反应的理论研究

利用分子力学和量子力学方法研究人类谷胱甘肽S-转移酶M1a-1a催化谷胱甘肽对1-氯-2,4二硝基苯(CDNB)的亲核芳香取代反应的细节.所获得的反应路径显示反应仅经历一个过渡态且能垒很低.电荷布居分析证明电子从谷胱甘肽基团流向二硝基苯,验证了反应的发生.计算结果表明活性位点3个残基(Tyr6,His107和Tyr115)参与了催化反应,尤其是His107,它在反应后期通过与产物形成氢键从而加速了Cl的释放.结果支持了Patskovsky等人提出的机理,并有助于其他谷胱甘肽S-转移酶的研究.

氮杂环卡宾介导的协同芳香亲核取代在^(18)F标记反应中的应用进展

协同芳香亲核取代反应(CS_(N)Ar)在核化学合成中具有十分重要的地位,该反应现今可用于开发正电子放射性示踪剂。相较于传统的芳香亲核取代反应,CS_(N)Ar的反应底物范围不局限于缺电子芳烃,以及放射性标记的产物可以方便地从反应体系中分离出来。本研究首先阐述了协同芳香亲核取代反应的机理,重点阐述了1,3-双(2,6-二异丙基苯基)2-氯咪唑鎓氯盐(SIPr·HCl)介导的CS_(N)Ar反应及其在正电子核素标记放射性示踪剂制备中的应用进展。最后强调了协同芳香亲核取代反应对合成^(18)F放射性示踪剂的重要性,总结存在的不足,展望未来应用前景。

协同芳香亲核取代反应

芳香亲核取代反应被有机化学家广泛地用于有机化合物的合成,是最重要的合成反应之一。教材中对于该反应机理的介绍为分步过程,但是随着研究的深入,通过协同过程的芳香亲核取代反应已经被广泛证实。本文简要回顾了分步进行的芳香亲核取代反应,重点介绍了协同芳香亲核取代反应的几个实例,阐述了反应设计对机理研究的重要性。通过将科研成果融入教学过程,有助于进一步加深对芳香亲核取代反应的理解。

芳香亲核取代反应合成4,4’-双(3,6-二叔丁基咔唑基)二苯甲酮及其结构和热活化延迟荧光性质表征

有机功能材料的制备已经成为现代有机化学的重要研究方向之一,并逐步形成了与其相关的中间体和终产物合成产业链。目前,基础有机化学实验主要涵盖单元操作和简单精细化学品合成。将国际前沿的先进有机功能材料合成方法及其性质表征引入到基础有机化学实验,有望进一步扩展教学内容,促进课程与新兴产业之间的衔接。基于此目的,本项目选择有机热活化延迟荧光材料这一有机发光材料的国际前沿热点,将材料合成与有机单元反应教学相结合,丰富有机反应教学手段的同时,指导学生认识合成反应在构建有机功能材料中的关键作用,进一步将知识体系延伸至现代荧光光谱技术,展示有机化合物结构与有机功能材料性质之间的科学联系,从而完成对“合成–分子结构–材料功能”这一知识链条的系统教学。通过本项目,学生不仅可以强化基础实验操作,完成传统有机化学实验学习,而且可以掌握核磁共振谱及荧光光谱技术,让学生体验完整的科研过程,形成有梯度、复合型的知识体系。

芳香亲核取代氢反应及4-氨基二苯胺的合成

芳香亲核取代氢反应是一种环境友好的有机合成反应。4-氨基二苯胺是一种重要的工业中间体,在它的合成过程中对环境污染严重。Flexsys公司将芳香亲核取代氢反应应用于4-氨基二苯胺的合成,解决了环境污染问题。并因此荣获1998年度美国总统绿色化学挑战奖。本文介绍了4-氨基二苯胺的传统合成方法,进而又介绍了芳香亲核取代氢反应的机理及其在4-氨基二苯胺合成中的应用。

室温离子液中芳香族亲核取代反应的研究

在1-丁基- 3-甲基咪唑四氟硼酸盐([Bmim]+ BF- 4)离子液中,进行硫酚对活泼芳环的亲核取代反应.实验结果表明离子液对芳香族亲核取代反应有促进作用,使反应加速、产率提高;离子液可多次重复使用,有利于环保.

β－苯乙胺N－取代的反应中重排反应的机理研究

以ＰＯＬＹＧＥＮ软件中的ＣＨＡＲＭｍ程序和集团坐标轮换法，对６个化合物的结构进行计算机分子模拟，根据所得化合物的能量最低构象，计算了键合能、电子总能量、偶极矩、胺基氮原子电荷以及氧原子电荷等值并作为结构参数对反应的反应热进行估算，同时对β－苯乙胺Ｎ－取代反应中的重排反应（反应式（１））进行机理研究，结果认为重排产物Ｎ－（２－苯乙基）Ｎ－（２－羟乙基）－对硝基苯胺４是由Ｎ－（２－苯乙基）－２－（对硝基苯氧基）乙胺３经分子内亲核取代反应所得，此反应可能为Ｓｍｉｌｅｓ重排反应。

Cardo半芳香型透明聚酰亚胺的合成及性能

以酚酞和邻甲酚酞为原料合成的cardo双酚单体和以反式1,4–环己烷二胺为原料合成的含有酰亚胺环的单体,通过芳香亲核取代反应合成了一系列cardo型半芳香聚酰亚胺(PI),并通过改变cardo双酚单体侧基的体积大小,研究了系列PI的溶解性、耐热性和光学性等性能。结果显示,该系列PI具有良好的热性能,其玻璃化转变温度(Tg)在270~316℃之间,在氮气中失重5%的热分解温度在401~434℃之间,失重10%的热分解温度在419~446℃之间,有较好的耐热稳定性;该系列PI在常规的有机溶剂中均具有良好的溶解性;该系列PI薄膜的紫外截止波长低于354 nm,在450 nm处的透过率大部分都在80%以上,表明该系列PI薄膜有较好的透明性。

基于“芳香亲核取代-重排”机理检测生物活性分子的荧光探针

生物硫醇包括谷胱甘肽(GSH)、半胱氨酸(Cys)和同型半胱氨酸(Hcy),在生理过程中扮演着不同的重要角色,其分布和浓度的异常变化常与多种疾病的病理过程息息相关.由于生物硫醇结构和反应活性的相似性,对它们的选择性检测极具挑战.近年来,“芳香亲核取代-重排”机理发展成为生物硫醇选择性检测的通用策略,并扩展到其他生物活性分子的检测.本文根据探针荧光团和检测物的不同进行分类,综述了基于“芳香亲核取代-重排”机理的荧光探针的设计、合成与应用进展.

芳氧基取代的邻苯二腈衍生物的合成研究

芳氧基取代的邻苯二腈衍生物是制备金属酞菁的重要前体.以硝基取代的邻苯二腈和对叔丁基苯酚的芳香族亲核取代反应为模型反应,研究芳氧基取代的邻苯二腈衍生物的合成方法.重点考察溶剂、碱、温度、反应物物质的量的比和时间对芳香族亲核取代反应的影响,优选条件为:3-硝基邻苯二腈为底物时,DMF为溶剂,K_(2)CO_(3)作碱,n(3-硝基邻苯二腈)∶n(对叔丁基苯酚)∶n(K_(2)CO_(3))=1∶1.1∶2,65℃,反应时间为6 h;4-硝基邻苯二腈为底物时,DMF为溶剂,K_(2)CO_(3)作碱,n(4-硝基邻苯二腈)∶n(对叔丁基苯酚)∶n(K_(2)CO_(3))=1∶1.05∶2,55℃,反应时间为6 h.通过上述优选条件,高收率地合成了6个邻苯二腈衍生物,并通过核磁氢谱进行表征.此外,讨论了芳香族亲核取代反应的机理.

2-氯-4-异丙基氨基-5-(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧硼杂环戊烷-2-基)吡啶合成工艺研究

氨基吡啶类化合物是一类重要的医药中间体,在众多药物中有广泛的应用。为了支持公司新药研发,本文开发了关键中间体C(2-氯-4-异丙基氨基-5-(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧硼杂环戊烷-2-基)吡啶)的高效合成路线。以5-溴-2,4-二氯吡啶作为起始原料,分别经过亲核芳香取代和钯催化硼酸酯化反应获得目标产品。第一步反应优化了投料比,温度,时间,可以有效避免二取代杂质。在优化Miyaura硼酸酯化反应过程中,使用公司高通量催化平台,筛选出醋酸钯/三苯基膦的催化体系组合,可以高效合成目标产物。通过简单的工艺参数优化,两步收率达到80.9%。本合成工艺具有反应干净,后处理简单,产品纯度好等优点。

替格瑞洛的合成工艺研究

以2-正丙硫基-4,6-二氯-5-氨基嘧啶为起始原料,经芳香亲核取代、重氮化、芳香亲核取代和脱亚异丙基保护四步反应制得抗凝血药替格瑞洛。结果表明:在第一步芳香亲核取代反应中,以三乙胺和N,N-二异丙基乙胺体系作为溶剂和缚酸剂,大幅缩短了反应时间,提高了转化率和收率;在第三步芳香亲核取代反应中,以碳酸钾为缚酸剂,简化了后处理过程,减少了对环境的污染。所用合成方法操作简单、易于纯化,为工业化放大生产提供了可能性。

1,2-二咔唑基-4-溴苯的合成及长余辉性质表征

有机功能材料是有机化学重要的研究方向之一。将国际前沿的先进有机功能材料合成方法及其性质表征引入到基础有机化学实验,有望进一步丰富教学内容,促进本科教学与科研成果之间的衔接。基于此目的,本项目选择有机长余辉材料这一国际前沿研究热点,与芳香亲核取代反应实验教学相结合,指导学生认识合成反应在构建有机功能材料中的关键作用,进一步将知识体系延伸至现代波谱技术,树立学生正确的科学观念。通过本项目,形成“有机反应-分子结构-材料功能”为链条的系统教学,培养学生的科学素养和综合创新能力。

聚芳醚腈-聚硅氧烷嵌段共聚物的合成

采用4-烯丙基-2-甲氧基苯酚(Eugenol)为端基的聚二甲基硅氧烷与氟代苯端基含杂萘联苯结构聚芳醚腈,以碳酸钾为催化剂,二甲基亚砜与邻二氯苯为溶剂的条件下进行芳香亲核取代反应(SNAr),合成了一种高分子量的聚芳醚腈-聚硅氧烷嵌段共聚物,并采用FTIR和1H-NMR对该产物的结构进行了表征.DSC测试结果表明该类嵌段共聚物具有两个玻璃化转变温度(Tg),分别为-98～-90℃和255～287℃,而且共聚物具有优良的耐热性,10%的热失重温度(Td)在450℃以上.采用原子力显微镜和透射电镜观测发现该共聚物存在明显的相分离特征.

N,N-二甲基苯胺类化合物的合成

以卤代芳烃为底物、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为二甲胺源,在氢氧化钾碱性条件下,经芳香亲核取代反应得到一系列N,N-二甲基苯胺类化合物(Ⅰa~Ⅰh),通过~1HNMR、CNMR、ESI-MS对目标化合物结构进行了表征,并通过X-射线单晶衍射对目标化合物2-二甲氨基-5-硝基苯甲酸(Ⅰh)的结构进行进一步确证。以目标化合物N,N-二甲基-4-硝基苯胺(Ⅰa)的合成为模型反应,确定最佳合成条件如下:氢氧化钾用量n(KOH)∶n(4-氟硝基苯)为3∶1、DMF用量n(DMF)∶n(4-氟硝基苯)为15∶1、反应温度为100℃、反应时间为14 h,在此条件下,目标化合物Ⅰa收率达到88%。不同卤(氟、氯、溴、碘)取代的4-卤硝基苯与DMF反应均能得到目标化合物Ⅰa,其中,4-氟硝基苯的反应活性最高,而4-氯硝基苯的反应活性最低。

多氰代吗啉硝基苯的高压合成与晶体结构

在高压的的条件下，用多氯硝基苯和吗啉的芳香族亲核取代反应合成了多氯代吗啉硝苯类化合物。3，4，5－三氯，2，6－二吗啉基硝基苯的单晶X－衍射测定结构表明，该化合物分子内有很大的立体位阻，以至吗啉环和硝基平面相互平行且垂直于苯环平面。该晶体属orthorhombic晶系，Pnma空间群，晶胞参数为a=1.2103(2)mg,b=2.1184(2)nm,c=0.6728(1)nm, α=β=γ=90°，Z=4。

水介质中合成吗啉基N-杂环芳胺化合物

研究了水介质中氯代N-杂环芳胺与吗啉的芳香亲核取代反应(SNAr),探讨了不同的催化剂和溶剂等对SNAr反应的影响及底物适用性。实验结果表明:在盐酸作用下,不同的氯代N-杂环芳胺底物与吗啉在水介质中能顺利发生SNAr反应,在底物与吗啉、盐酸的物质的量比为1∶3∶0.3、水的用量为1 mL/mmol底物、130℃反应2~8 h的条件下,不需要进一步纯化,可得到一系列高纯度的吗啉基N-杂环芳胺化合物,收率75.0%~97.6%。在给定反应条件下,2,4-二氯代底物有较好的区域选择性,以较高的收率得到4-位吗啉基单取代产物。

含氟聚芴醚噁二唑质子交换膜的性能

将十氟噁二唑和双酚芴作为聚合物单体制备了一种新型的偏氟聚芴醚噁二唑质子交换膜。通过加入4-羟基磺酸钠进攻十氟噁二唑邻位的C—F键引入官能基团探究了膜的制备方法。研究了膜的物理、电化学性能并组装了燃料电池单电池。实验结果表明:该膜具有较高的离子传导率、较强的机械性能及低的甲醇渗透率。30℃时,传导率为58mS·cm-1,70℃,传导率达到了137 mS·cm-1。甲醇渗透率是Nafion117膜的1/2,在100℃时,单电池的功率达到85mW·cm-2。

基于新型不对称BODIPY的GSH荧光探针

本文通过在BODIPY母体中引入丙二腈,设计合成了一个新型不对称BODIPY荧光染料CN-B-Cl。由于丙二腈强吸电作用,荧光染料CN-B-Cl具有优异的化学活性,能够与含巯基的化合物在buffer体系中迅速发生芳香亲核取代反应;与GSH反应生成硫取代BODIPY,而与Cys/Hcy反应生成氮取代BODIPY。根据不同取代基BODIPY化合物发光性能的不同,该荧光探针可选择性区分GSH与Cys/Hcy。

一步法制备两性离子交换膜的方法与性能研究

通过一步法制备了一种新型的偏氟聚芴醚噁二唑两性离子交换膜。以十氟噁二唑与双酚芴为单体聚合得到基础聚合物,通过芳香亲核取代反应在基础聚合物上引入官能团制备了一种含氟聚芳芴醚噁二唑两性离子交换膜。基于密度泛函理论对官能化反应的活性位点和反应能垒进行了预测,模拟计算结果与核磁分析谱图吻合良好。制备的两性离子膜具有相对较高的离子传导率,较低的钒渗透性。70℃时,传导率为58.5 m S?cm?1;钒离子渗透系数为8 2 11.56 10 cm min????,比Nafion?117小两个数量级,有望用于全钒液流电池中。