生物质平台化合物催化转化制备芳香多元羧酸研究进展

芳香多元羧酸,如对苯二甲酸、邻苯二甲酸、偏苯三甲酸、均苯三甲酸、均苯四甲酸等是重要的大宗化学品,可以制备各种聚合物材料,在日常生活的各个领域应用广泛。工业上,这些芳香多元羧酸是以石油基衍生的芳香烃为原料进行高温高压催化氧化获得。在双碳背景下,开发利用可再生生物质替代传统化石能源生产芳香多元羧酸具有重要的现实意义。生物质转化过程是首先在化学或生物催化下,将生物质降解到一系列C1~C6的平台化合物,然后再通过这些化合物之间的耦合转化制备工业化学品。详细总结了生物质平台化合物催化转化制备芳香多元羧酸的研究进展。这些工作的创新点是开拓新的生物质基合成工艺来生产芳香多元羧酸,关键挑战步骤是芳环的构建。针对该难点,成功开发了两种策略:①呋喃类分子与烯烃的Diels-Alder反应与后续脱水芳构化反应;②醇脱水生成共轭二烯烃,再与烯烃进行Diels-Alder反应以及后续的脱氢芳构化反应。按所生产芳香多元羧酸的种类进行分类,包括对苯二甲酸、苯酐/邻苯二甲酸、苯三甲酸以及均苯四甲酸。研究为生物质催化转化新体系的研发与工艺过程优化提供借鉴。

新型杂原子掺杂碳基纳米金属催化剂及其在可再生平台分子催化转化中的应用

利用可再生平台分子的增值转化生产燃料和精细化学品,对满足未来可持续发展需求具有重要战略意义。由于碳基纳米催化剂具有良好的电子性质和几何性质,因此对催化剂活性和稳定性有很强的调节能力。它们规则而均匀的结构不仅为探索其内在反应机制提供了机会,而且为可再生平台分子向高端燃料和化学品的增值提供了场地要求。杂原子掺杂可有效解决未改性的碳材料与金属相互作用力弱和容易团聚失活的问题,且能改变碳载体固有特性,为特定催化反应定制碳催化剂提供了可能性。综述了杂原子掺杂碳基纳米金属催化剂的研究进展,主要涉及氮、硼、磷、硫等元素的掺杂对催化剂活性和稳定性的调控,以及在可再生平台分子转化中的应用,以期为理解碳基催化剂的结构-性能关系奠定基础。此外,讨论了碳基纳米催化剂的机遇、挑战和潜在应用。

生物质平台分子制备对二甲苯研究进展

综述了生物质平台分子制备对二甲苯(pX)的研究现状,重点介绍2,5-二甲基呋喃(DMF)与乙烯反应合成pX的路径与反应所需的催化剂,对分子筛、二氧化硅、杂多酸、磷酸盐以及其他固体酸催化体系进行了详细阐述。简要介绍了2,5-二甲基呋喃分别与乙醇、丙烯酸反应以及其他生物质平台分子包括2-甲基呋喃、2,5-己二酮、异戊二烯合成pX的研究,对各路线研究现状进行总结,并对未来的研究思路提出展望。

生物质利用新途径:多元醇催化合成可再生燃料和化学品

日益严重的全球性能源和环境问题促使开发利用可再生的生物质资源成为当前研究的一个热点。本文概述了生物质基多元醇合成燃料和化学品来实现生物质转化利用的一些最新进展,特别是集中介绍了甘油和山梨醇等多元醇催化水相重整合成氢气和液体烃等燃料、催化选择氢解和氧化合成高附加值化学品或化学中间体等方面的进展,分析了存在的问题和可能的解决措施以及今后的发展趋势,指出生物质基多元醇将成为今后合成可再生燃料和化学品的新型平台分子。

木质纤维素基平台化合物催化转化制备液体燃料及燃料添加剂

随着不可再生的石化资源的不断消耗以及生态环境的不断恶化,可再生资源和能源的开发和利用受到越来越多的重视。木质纤维素是地球上最丰富的可再生生物质资源,蕴藏量和产量巨大,具有广阔的开发利用前景。本文在介绍国内外木质纤维素资源开发利用研究的基础上,结合当今世界生物质能领域的研发现状,分别概述了经由呋喃类化合物及乙酰丙酸等木质纤维素基平台化合物分子,制备液体燃料和燃料添加剂的最新研究进展。在总结归纳合成途径的同时,分析了现阶段面临的主要问题及可能的解决办法,以期能为木质纤维素类生物质能源化利用的研究提供有益的参考与借鉴。

现代代谢组学平台建设及相关技术应用

代谢组作为生命科学研究的5个层面(基因组、转录组、蛋白质组、代谢组和表型组)之一越来越受到科研工作者的关注。色谱-质谱联用技术由于其高分离能力、高灵敏度等优点在代谢组学(定性和定量)领域发挥重要的作用,基于色谱-质谱联用技术的代谢组学已成功应用于代谢表型差异研究、基因功能鉴定和转基因生物安全性评价等多个研究方向。本文以中国科学院遗传与发育生物学研究所代谢组学平台为例,详细介绍了现代代谢组学平台色谱-质谱联用仪器的硬件组成,以及不同技术平台在现在系统生物学研究中的具体应用。

通过架构C-C键将生物质平台化合物转化为液态烷烃燃料

将生物质平台化合物转化为液态烷烃燃料是生物质能源化利用的重要环节。由木质纤维素得到的生物质平台化合物通常含较多的氧原子和不饱和键,且碳原子数目较少,不能满足用作液态烷烃燃料的要求。介绍了通过架构C—C键的方法将生物质平台化合物转化为液态烷烃燃料的方法。综述了羟醛缩合反应、加氢烷基化/烷基化反应和安息香缩合等反应,利用这些反应可将生物质平台化合物的碳原子数增加,满足液态烷烃燃料的要求。对架构C—C键将生物质平台化合物转化为液态烷烃燃料提出了展望。

生物质的电化学转化反应及反应器

生物质通过电化学转化合成燃料和高附加值化学品是未来化学工业发展的一个重要方向,也是现代社会实现可持续发展的重要保障。在可再生能源产能不断提升,而现阶段暂无成熟的大规模能源存储技术的背景下,如何有效地利用可再生能源所产电能进行生物质的电化学转化是目前学术界和工业界关注的一个热点。本文介绍了近年来该领域的研究进展,着重阐释了关键的电化学反应和相关反应器的设计。从生物质衍生的平台分子的电化学转化取得了一定的进展,然而从生物质到平台分子的电化学转化还面临较大的挑战。提高平台分子和生物质电化学反应的选择性有赖于合适的电极材料和催化剂,而将原位分离与电极反应耦合的设计能够提高产物的收率,特别是在生物质直接电化学转化的过程中。

数字PCR平台与单细胞单分子检测

数字PCR作为第三代PCR技术,主要是在扩增单分子的基础上对核酸拷贝数进行绝对性定量的样品检测技术,具有非常高的灵敏度。近年来,随着科学技术的进步和医疗卫生技术水平的改善提高,微流控技术作为一种先进的技术,促使着数字PCR平台的产生。但是现有的数字PCR平台类型主要是芯片型和液滴型,不仅操作费用昂贵,且需要进行外接的相关配套控制系统以及管路众多,这便在很大程度上严重制约了我国生命科学领域中对于数字PCR技术的广泛应用。

生物质多环碳氢高密度航空燃料合成

高密度航空燃料是一类为提高航空航天飞行器的飞行性能而人工合成的液体碳氢化合物。与常规燃料相比,它具有高密度和高体积燃烧热值等优点,能有效提高飞行器的航程、航速、载荷等飞行性能。随着全球化石资源的日益减少和生态环境的持续恶化,以生物质为原料合成高密度航空燃料成为研究热点。本文综述了近年来由生物质平台分子及其衍生物合成多环碳氢高密度航空燃料的研究进展,主要介绍了高密度燃料合成中常见的构筑多环结构的C-C键偶联方法,包括羟醛缩合反应、烷基化反应、羟醛缩合-氢化脱氧-分子内烷基化反应、Diels-Alder反应、光照2+2环加成反应、重排反应;讨论了催化剂对C-C键偶联反应的影响因素;总结了大量的多环碳氢高密度航空燃料的性能,讨论了分子结构和组成对燃料性能的影响,取代基的适当引入、多组分燃料的形成是提高燃料综合性能的主要方法,以平台分子合成石油基型高密度燃料也是提高生物质高密度航空燃料综合性能的一种策略;最后,展望了生物质多环碳氢高密度航空燃料合成的新趋势。

新一代测序技术进展及其在药品质量控制中应用和发展趋势

基因测序技术的发明和广泛应用促进了医学和生命科学的革命性发展。自以Sanger测序法和化学降解法为代表的第1代测序技术发明以来,基因测序技术已发展至第4代。第1代测序平台主要为Sanger测序法和化学降解法,测序长度长,准确性高,但成本高,通量低和耗时长;第2代测序平台主要有454/GS-FLX测序平台、SOLID测序平台、Solexa测序平台和HiSeq/MiSeq测序平台及HeliScope测序平台;以单分子测序技术为基础的第3代测序平台基于单分子水平的边合成、边测序而无需PCR扩增,主要包括HeliScope测序平台和SMRT测序平台;ONT纳米孔单分子测序技术是基于电信号而非光信号的测序技术,具有高通量、低成本、耗时短和数据分析相对简单的优点,通常归为第4代测序平台。测序技术在药品洁净环境控制和中药质量分析方面有着越来越广泛的应用。随着测序技术的进步和生物信息学的发展,测序技术在医学和生命科学中的应用将发挥更大的作用。

Iron-catalyzed selective oxidation of 5-hydroxylmethylfurfural in air:A facile synthesis of 2,5-diformylfuran at room temperature

An iron（Ⅲ）-catalyzed selective oxidation of 5-HMF to 2,5-DFF in air at room temperature was developed.This approach gives 2,5-DFF with good selectivity and yields. Additionally, a two-step process was developed for the oxidation of 2,5-DFF to 2,5-FDCA at remarkably high substrate concentrations. This work demonstrates unequivocally the great potential of iron as a cheap and earth-abundant catalyst for the development of new protocols for the conversion of biomass to value-added chemicals.

2-吲哚甲醇平台分子参与的催化不对称反应研究进展

吲哚骨架构成了众多天然产物、药物、农药、功能材料的核心结构单元,所以,手性吲哚类化合物的高效、高对映选择性合成已经成为有机化学领域的重要研究内容之一.由于传统的吲哚反应性单一,其参与的催化不对称反应类型有限,导致所构建的手性吲哚骨架的类型单一.为了解决这些挑战性问题,化学工作者通过在吲哚环上引入简单的官能团,得到一系列官能团化的吲哚衍生物,即吲哚类平台分子,作为构建手性吲哚骨架的高效合成砌块.其中,2-吲哚甲醇是一类重要的平台分子,其设计思路是通过在吲哚环的C2位引入羟甲基来改变吲哚环的反应性和反应位点.该类平台分子既可以作为亲电试剂,又可以作为亲核试剂,还可以作为多碳合成砌块参与催化不对称反应.所以,2-吲哚甲醇平台分子的设计与开发,为手性吲哚类化合物的高效、高对映选择性合成提供了新策略.归纳并评述了该类平台分子参与的催化不对称反应的研究进展,将为新型吲哚类平台分子的设计与应用提供新的思路.

多组分反应:丰富生物质基平台分子高值化转化路线的新策略

以廉价易得的可再生生物质基平台化合物为原料,通过多组分“一锅”反应合成结构复杂的产物已成为生物质高值化转化的重要手段之一.生物质基平台分子的多样性和多官能性为多组分反应的构建提供了传统方法难以提供的物质基础.介绍了以构建多组分反应的方式实现生物质基平台化合物高值化转化的典型案例,重点总结了近年来多元醇、二元酸、乙酰丙酸、糠醛衍生物等生物质基平台化合物参与的多组分反应,并对该方向的未来发展进行了展望.