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进展评述
DNA机械技术的研究进展
孙梦雪, 于婵婵, 许敏, 冯雪艳, 姚立
2020, 83(10): 866-874, 918
[摘要]  (8) [HTML全文] (8) [PDF 5539KB] (0)
摘要:
近年来DNA机械技术得到了广泛的关注和深入的研究。DNA独特的分子结构和理化性质使构建DNA机械装置成为可能。通过设计更加精巧的机械装置可以产生更加复杂的机械行为或功能。DNA机械技术在研究感知、传递和产生pN力的生物分子的基本特性方面发挥了重要作用,这些力学研究对于揭示它们的功能至关重要。本文总结了近年来DNA机械技术的研究进展。首先简要介绍DNA的机械力学基础,然后重点阐述几种DNA机械装置,最后讨论了DNA机械技术的挑战与展望。
全细胞生物催化过程强化的研究进展
王艺颖, 董钰漫, 尹伟, 刘环宇, 孟涛
2020, 83(10): 875-882
[摘要]  (7) [HTML全文] (7) [PDF 6764KB] (0)
摘要:
全细胞催化是利用细胞进行的生物催化过程。由于细胞膜的传质阻碍,细胞催化效率远低于游离酶催化。提高传质从而强化反应过程是全细胞生物催化亟待解决的关键问题。本文从过程强化的角度,讨论了近年来改善全细胞催化传质问题的方法,包括改善细胞膜的透性屏障作用、利用微化工手段强化传质等,并分析了各类方法强化催化过程的机理、优势和不足。探讨了全细胞生物催化过程强化的发展方向,以期为该领域的工程技术发展提供借鉴和参考。
核壳结构金属-有机骨架及其衍生物在锂离子电池负极材料中的应用
盘盈滢, 胡茜, 林晓明, 许旋, 罗一帆
2020, 83(10): 883-890
[摘要]  (5) [HTML全文] (5) [PDF 4311KB] (0)
摘要:
金属-有机骨架(MOFs)材料具有比表面积较大、孔径可调、制备容易、结构与功能多样性等优势,被广泛应用于电化学能源转化与储存领域。其中独特的核壳结构材料由于表面修饰的作用往往更能表现出内核与壳层之间的协同作用。本文介绍了核壳结构MOFs作为锂离子电池负极材料的发展现状,并重点综述其衍生物(多孔碳材料、金属氧化物、金属硫/硒化物以及金属/金属氧化物)的制备方法以及在锂离子电池负极中的应用。MOFs经高温煅烧或改变化学反应条件可制备出结构可调的无机电极材料并表现出更优异的电化学性能。最后总结了核壳结构MOFs材料作为锂电负极材料存在的问题和挑战,并提出可能的解决途径和未来的应用前景。
水系锌离子电池钒基氧化物正极材料研究进展
王诗文, 高红鸽, 郑淮阳, 王放, 罗河伟, 吴诗德, 张勇
2020, 83(10): 891-896, 939
[摘要]  (7) [HTML全文] (7) [PDF 6620KB] (0)
摘要:
近年来,钒基氧化物因为种类众多、理论比容量高和倍率性能优异等优点,被认为是一类具有潜在应用价值的水系锌离子电池正极材料。本文综述了V2O5、VO2等钒基氧化物材料的结构特点及其作为水系锌离子电池正极材料的研究进展;重点概述了当前钒基氧化物在锌离子电池中所面临的关键问题以及应对策略;最后,对钒基氧化物储锌材料的发展方向进行了展望。
四硫化三铁纳米粒子的制备及应用
苏博, 王振全, 董蕙, 何南, 杨宁柯, SaikatGhosh
2020, 83(10): 897-908
[摘要]  (8) [HTML全文] (8) [PDF 5293KB] (0)
摘要:
近年来,Fe3S4磁性纳米粒子由于其独特的物理化学性质,如量子尺寸效应、电磁学特性,在环境治理、能源储存、催化剂、生物医学应用等方面展示出巨大的潜力。本文总结了近10年来国内外Fe3S4纳米粒子的制备方法,包括共沉淀法、水热法(溶剂热法)、热分解法和模板法等,并对比了不同合成方法的优缺点;随后介绍了Fe3S4纳米材料在环境治理、能源储存、生物医学等方面的应用;最后,分析了Fe3S4纳米材料在制备中存在的一些问题,并对其的发展方向进行了展望。
丙烯酸基水凝胶处理重金属废水的研究进展
刘韩, 王倩, 张帆
2020, 83(10): 909-918
[摘要]  (8) [HTML全文] (8) [PDF 3532KB] (0)
摘要:
重金属废水因其对环境污染严重、危害人类健康而越来越引起人们的重视。丙烯酸基高分子水凝胶由于含有多种功能基团和大量的活性吸附位点,在重金属吸附方面发挥了重要作用。本文主要综述了丙烯酸基高分子水凝胶在重金属废水处理方面的研究进展,总结和归纳了其制备方法和分类等,分析了聚丙烯酸基高分子水凝胶作为吸附剂在重金属废水处理方面存在的问题,并对其后续应用和研究进行了展望。
二氧化碳资源化利用的工业技术途径探讨
朱维群, 王倩, 唐震, 朱超
2020, 83(10): 919-922
[摘要]  (4) [HTML全文] (4) [PDF 767KB] (0)
摘要:
本文从CO2来源、与CO2反应的原料、反应过程、以及反应产物性质等多方面对二氧化碳资源化利用的工业技术途径进行了探讨。研究分析表明,将工艺过程产生的CO2直接做成目前CO2固定量最高、工艺能耗较少、反应产物性质稳定的1,3,5-均三嗪三醇(C3H3N3O3)是最可行的二氧化碳资源化利用的工业技术途径。将化石燃料在一定工艺过程条件下生成1,3,5-均三嗪三醇,同时将过程中释放的能量和剩余氢作为能源利用是环境友好的能源技术路线。
研究论文
基于钴离子介导信号转换的抗坏血酸比色分析
牛静, 贾子健, 孙婉琪, 张宁
2020, 83(10): 923-928
[摘要]  (6) [HTML全文] (6) [PDF 4076KB] (0)
摘要:
抗坏血酸是许多生化过程所必需的一种生物小分子。借助于羟基氧化钴纳米片的氧化性和钴离子与硫氰酸根离子之间强的螯合作用,本文报道了一种基于钴离子介导信号转换的新方法用于抗坏血酸的比色分析。在抗坏血酸存在时,羟基氧化钴纳米片被还原降解产生二价钴离子,钴离子与硫氰酸根离子之间通过螯合作用生成蓝色的阴离子络合物[Co(NCS)4]2-,在625nm处产生可见吸收信号。在优化条件下,体系625nm处的吸收值与抗坏血酸浓度在0.03~0.45 mmol/L范围内呈良好的线性关系,线性方程为A625=0.638c(mmol/L)+0.042,相关系数R=0.993,检测限(3S/N)为1.5μmol/L。
d-4-萜品醇丁酸酯的合成及其经皮促透活性评价
初天哲, 王贺平, 赵利刚
2020, 83(10): 929-934
[摘要]  (9) [HTML全文] (9) [PDF 2654KB] (1)
摘要:
本文以d-4-萜品醇(d-4-TER)、丁酸为原料,采用酰氯酯化法合成标题化合物d-4-T-C4,并通过MS和1H NMR进行结构表征。通过体外渗透实验考察了d-4-T-C4对SR-FP的体外促透活性,并利用红外光谱法和分子对接技术研究其促透机制。加入d-4-T-C4时SR-FP的24h累计透过量(Q24h)为383.5±48.75μg·cm-2,分别为对照组和d-4-TER组的3.12、1.34倍,均有显著差异(P < 0.05)。同时通过对药物进行手性拆分可以发现,d-4-T-C4对S-FP和R-FP的透过没有显著性差异(P>0.05)。促透机制为d-4-T-C4插入角质层脂质结构域,破坏药物与神经酰胺之间的氢键相互作用,增加脂质迁移率和药物的自由能,从而促进药物的渗透。d-4-T-C4对SR-FP具有显著的促透效果,有望作为新型促透剂在经皮给药系统中广泛应用。
培氟沙星均三唑硫醚衍生物抗肝癌活性的CoMFA模型与分子设计
唐自强, 刘长宁, 冯长君
2020, 83(10): 935-939
[摘要]  (5) [HTML全文] (5) [PDF 2193KB] (0)
摘要:
基于比较分子力场分析(CoMFA)方法建立24种培氟沙星均三唑硫醚衍生物抗肝癌活性(pM)的三维定量构效关系(3D-QSAR)。训练集中20个化合物用于建立预测模型,测试集10个化合物(含模板分子及新设计的5个分子)作为模型验证。所建立的3D-QSAR模型的交叉验证系数(Rcv2)、非交叉验证系数(R2)分别为0.705、0.940,说明模型具有较强的稳定性和良好的预测能力。该模型中立体场、静电场贡献率依次为74.8%、25.2%,表明影响抗肝癌活性(pM)的主要因素是取代基的疏水性和空间契合,其次是库仑力、氢键及配位。基于三维等势图,设计了5个具有较高抗肝癌活性的分子,有待医学实验验证。
磷酸二酯酶4b抑制剂定量构效关系及分子对接研究
赵东升, 万金玉, 高银谊, 郭幼红
2020, 83(10): 940-945
[摘要]  (7) [HTML全文] (7) [PDF 804KB] (0)
摘要:
磷酸二酯酶4(PDE4)是第二信使环磷酸腺苷(cAMP)选择性高亲和力的水解酶,影响气道平滑肌、炎性细胞和免疫细胞的功能,选择性PDE4b抑制剂作为抗炎药治疗哮喘和慢性阻塞性肺病(COPD)因为不会引起恶心呕吐等副反应而受到极大的关注。本文使用比较分子场(CoMFA)方法,对系列嘧啶二芳基取代的PDE4b抑制剂构建了合理的三维定量构效关系(3D-QSAR)模型,使用分子对接方法研究了抑制剂与酶的相互作用,发现该系列化合物的嘧啶环2位引入带有较大电负性基团取代的五元环状烃基可提升活性;嘧啶环4位、5位两个碳原子上建议保留小体积取代基;嘧啶环6位引入带有氢键给体或氢键受体取代的芳烃基可增加化合物活性。本研究可为后续合理设计高效的PDE4b抑制剂提供理论指导。
3-仲氨基氧杂环丁烷-3-腈衍生物的合成
刘斌, 仝红娟, 朱周静, 张彦民, 郭惠
2020, 83(10): 946-950
[摘要]  (6) [HTML全文] (6) [PDF 3885KB] (0)
摘要:
以仲胺、氧杂环丁-3-酮和三甲基氰硅烷为原料,无水甲醇为溶剂,无需催化剂,一步反应合成目标化合物3-仲氨基氧杂环丁烷-3-腈衍生物(1a~1d),产物结构经1H NMR、13C NMR和ESI-MS表征。并以异吲哚啉、氧杂环丁-3-酮和三甲基氰硅烷的反应为模型反应,考察影响产物1a收率的主要因素,优化反应条件为:物料摩尔比为n(异吲哚啉):n(氧杂环丁-3-酮):n(三甲基氰硅烷)=2.0:1:2.5;反应溶剂为无水甲醇,在65℃反应6h,在此反应条件下,化合物1a收率78.3%。化合物1a与苯基溴化镁在四氢呋喃中室温反应5h,可得到2-(3-苯基氧杂环丁烷-3-基)异吲哚啉(4)和[3-(异吲哚啉-2-基)氧杂环丁烷-3-基](苯基)甲酮(5),收率分别为40.1%和31.5%。
化学教学
数值误差对能斯特方程计算结果的影响
邵利民
2020, 83(10): 951-954
[摘要]  (8) [HTML全文] (8) [PDF 712KB] (0)
摘要:
电势和浓度通过能斯特方程相互计算时,计算结果受对方数值误差的影响。本文通过误差传递和实例研究了这种影响。结果表明,浓度误差对电势计算值的影响小,而电势误差对浓度计算值的影响大;这种现象在电子转移数较多、电势较大时更加显著。浓度为计算目标时需要重视数值误差的影响,所以代入能斯特方程的电势值应该有足够精度,或者避免使用能斯特方程,而是通过平衡常数进行计算。电势为计算目标时,浓度误差的影响较小,因此可以通过近似手段估算浓度,然后代入能斯特方程,既简化计算,又保证精度。
VESTA软件在典型晶体结构教学中的应用
刘金华, 黑晓明, 姚书山, 刘树江
2020, 83(10): 955-959
[摘要]  (8) [HTML全文] (8) [PDF 5066KB] (0)
摘要:
晶体结构的基本概念既多又抽象,没有较强的空间想象力很难理解和辨析清楚。二维图缺乏空间感;而实物模型只做出一个晶胞,其重复规律不直观。VESTA晶体结构软件能够根据需要构建多个三维晶胞,即超胞,可以很直观地显示出晶体结构的特点。本文通过几个教学实例说明VESTA软件如何帮助学生深入理解晶体结构的基本概念、结构特点与性能的关系,以及拓展晶体结构的认知领域,提高学习兴趣与探索能力。
进展评述
框架核酸在蛋白精确组装中的应用
黎瑜辉, 尹芳菲, 李江, 李兰英, 刘刚
2020, 83(9): 770-776
[摘要]  (76) [HTML全文] (76) [PDF 6404KB] (76)
摘要:
除了作为遗传信息的载体,DNA所展现出的特殊材料性能引起了广泛关注。基于碱基互补配对原则的精确性和可编程性使得核酸纳米结构的构建逐步从一维单链发展到二维平面以及三维立体结构。计算机辅助工具的进步也促进了各种大小和形状的DNA纳米结构的自动化设计,而近年来构建的“框架核酸(FNAs)”为生物大分子纳米尺度上的精确排列提供了新方法,其固有的生物学功能以及可定制的特性使得其在物理、化学和生物等领域具有十分广阔的应用前景。本文阐述了精确自组装的FNAs的概念,并概述了FNAs在蛋白精确组装等领域的最新进展;重点论述了FNAs的优势所带来的对蛋白空间排布及其性能的调控能力,讨论了该领域存在的挑战,并对其发展机遇进行了展望。
碳基量子点荧光传感器在环境检测中的应用研究
刘琳, 陈泽智, 黄名湖, 马艳芳
2020, 83(9): 777-784
[摘要]  (69) [HTML全文] (69) [PDF 2914KB] (69)
摘要:
由于优越的光学性能、良好的水溶性及生物相容性,碳基量子点在荧光传感器方面的应用引起了越来越多人的关注,特别是对金属离子卓越的检测性能使其广泛应用于环境检测。为了帮助更好地了解到碳基量子点的应用,本文对碳量子点、石墨烯量子点、氧化石墨烯量子点的合成及其在环境检测中的应用进行总结,并对碳基量子点荧光传感器的应用进行展望。
三元锂离子电池容量衰减机理研究进展
王永红, 来文青, 石海鹏, 陈光生, 周立超, 陈旭, 刘晶冰
2020, 83(9): 785-791
[摘要]  (67) [HTML全文] (67) [PDF 3483KB] (67)
摘要:
三元锂离子电池主要是指使用镍钴锰酸锂(NCM)或镍钴铝酸锂(NCA)作为正极材料的锂离子电池,三元锂离子电池广泛应用于电动汽车、3C电子产品、储能等领域。然而,三元锂离子电池的循环寿命已成为其进一步发展的最大障碍,因此了解三元锂离子电池的容量衰退机理具有重要意义。三元锂离子电池的衰退机理主要包括五个方面:晶体结构的改变和相变、活性材料的损失、电解质的分解和消耗、可脱嵌锂离子的损耗以及固体电解质界面的形成。本文总结了近年来相关方面的研究进展,以期更全面地总结三元锂离子电池的容量衰减机理,并对三元锂离子电池的应用前景进行了展望。
N-杂环卡宾配体在聚合反应中的研究进展
孔勇
2020, 83(9): 792-798
[摘要]  (61) [HTML全文] (61) [PDF 1088KB] (61)
摘要:
N-杂环卡宾(NHC)配体的优异催化性能引起了人们的广泛关注,已成功应用于多种烯烃聚合反应。本文主要介绍NHC及其在开环易位聚合、烯烃配位聚合和原子转移自由基聚合等反应中的应用。在此基础上,指出了今后NHC配体在聚合反应研究的发展方向。
手性4-取代色满骨架的立体选择性构建研究进展
胡家栋, 文雯
2020, 83(9): 799-804
[摘要]  (66) [HTML全文] (66) [PDF 1851KB] (66)
摘要:
手性4-取代色满骨架广泛存在于很多具有生物活性的天然产物及其类似物中,该骨架的不对称构建策略在新药开发中扮演着重要角色。本文从加成反应、氢化反应、烷基化反应、烯/炔丙基化反应、去对称化反应、羰基α位芳基化反应和重排反应七个方面综述了手性4-取代色满骨架的立体选择性构建策略,以期为含有该类骨架的活性天然产物的不对称合成提供参考。
食品中7种常见的非食用色素检测研究进展
牛家华, 卢明华, 王勇
2020, 83(9): 805-812
[摘要]  (82) [HTML全文] (82) [PDF 1645KB] (82)
摘要:
食用色素可以明显改善食品外观,激发食欲,在食品行业有着广泛的应用,但若向食品中添加非食用色素来代替食用色素,则会对人体存在致癌风险。食品中常见的非食用色素有以下7种:碱性嫩黄O、碱性橙Ⅱ、酸性橙Ⅱ、苏丹红、若丹明B、美术绿和孔雀石绿,而目前对这7种非食用色素检测的国家标准还未全部建立。本文综述了近3年来食品行业中针对这7种非食用色素的各种检验方法,以期为食品安全监督检测提供参考。
研究论文
一种新型主客体荧光探针对人体氨基酸的识别研究
蒋道法, 杨希楠, 金艳梅, 高洁, 赵威威, 马培华
2020, 83(9): 813-820
[摘要]  (74) [HTML全文] (74) [PDF 11551KB] (74)
摘要:
本文研究了环戊基全取代六元瓜环(CyP6Q[6])与2-(β-吡啶)-1H-咪唑[4,5-f][10]菲咯啉盐酸盐(即Ar-IPHS)的主客体相互作用,并利用CyP6Q[6]可使Ar-IPHS产生强烈荧光的性质制备了Ar-IPHS@CyP6Q[6]荧光探针用以识别氨基酸。结果表明,探针可高效识别甘氨酸、赖氨酸、甲硫氨酸,检出限分别为2.27×10-6、1.359×10-5和1.690×10-5mol/L。
含2, 6-二甲酰胺基吡啶单元的大环合成、结构及其对四面体构型阴离子的络合性质
易贤美, 邓雅欣, 黄超, 朱必学
2020, 83(9): 821-827
[摘要]  (67) [HTML全文] (67) [PDF 5498KB] (67)
摘要:
采用前体二胺NN'-(3-氨基苯基)-2,6-二甲酰亚胺吡啶(1)和5,5'-亚甲基双水杨醛(2)进行缩合反应得到含酚羟基的[1+1]席夫碱大环L1,将其中席夫碱C=N双键还原得到环状骨架更具柔性的饱和大环L2。通过1H NMR、FABMS和元素分析等对大环组成进行了表征,并通过X射线单晶衍射解析了两个大环分子的晶体结构。采用UV-Vis光谱滴定技术对大环与系列阴离子的络合作用进行了考察,结果表明,席夫碱大环L1对四面体构型的阴离子H2PO4-、HP2O73-和H2P2O72-有明显的选择性识别作用,进一步通过UV-Vis光谱、核磁滴定等技术获得了识别反应的配位比及平衡常数(K),L1对3个磷酸阴离子的络合能力依H2PO4-、HP2O73-和H2P2O72-顺序递增。
Si取代Keggin型多酸催化光解水产氢机理
慈成刚, 董龙, 臧杰超, 罗国相
2020, 83(9): 837-843
[摘要]  (65) [HTML全文] (65) [PDF 3812KB] (65)
摘要:
本文采用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TD-DFT)方法研究了Keggin型多酸[SiW12O40]4-催化光解水产氢机理。计算结果显示反应主要包括四个步骤:(1)光激发;(2)电荷转移和生成单电子还原(OER)中间体;(3)生成双电子还原(TER)中间体;(4)氢气从多酸表面解离和催化剂重生。当第一个电子从甲醇转移到多酸后,后续反应均为热力学上有利的放热途径,并推动第二个电子从甲醇自由基、H[SiW12O40]4-或[SiW12O40]5-转移到OER中间体H[SiW12O40]4-或[SiW12O40]5-生成TER中间体[SiW12O40]6-、H[SiW12O40]5-或H2[SiW12O40]4-,并伴随着H2产生。耦合的电子和质子转移路径在能量上最有利。甲醇和水分子的参与有利于H2产生。多酸在整个催化循环中作为光敏剂、催化剂、电子的受体和给体。
其它
Convenient and Effective Syntheses of Novel 3-Aroxymethylquinoxaline-2-carboxylic acids and Their Antibacterial Activities
Hong Zhang, Yunhe He, Yang Li, Yu Chen
2020, 83(9): 828-836
[摘要]  (60) [HTML全文] (60) [PDF 2611KB] (60)
摘要:
In the present work, a series of novel 3-aroxymethylquinoxaline-2-carboxylic acids (4a~4l) were synthesized by a simple and facile method using the newly-synthesized ethyl 3-bromomethylquinoxaline-2-carboxylate (6) as substrate through one-pot sequential Williamson reaction with various phenols (8a~8l) followed by ester hydrolysis reaction. A preliminary screening for their in vitro antibacterial activities against five bacterial strains revealed that compounds 4j, 4k and 4l with tert-butyl and halo (F, Cl and Br) substituents exhibited significant activity against Gram (+) bacterials B. subtilis and S. aureus, among them 4j possessed the best activity with the MIC values of 15.625 and 7.8125 μg/mL, respectively, better than the reference drug Ciprofoxacin.
化学教学
以油茶壳为原料制备吸附剂及其净化抗生素废水性能——“新农科”理念下培养“新农人”的综合研究性实验设计
张声森, 周子宁, 陈敏, 高琼芝, 刘海峰, 卢其明, 倪春林
2020, 83(9): 844-849
[摘要]  (72) [HTML全文] (72) [PDF 3260KB] (72)
摘要:
根据农业院校“新农科”建设需要的人才培养目标和化学类人才培养要求,通过开设本综合研究性实验设计项目,学生可充分掌握与化学、材料和环境相关的多门课程内涉及的环境材料制备、结构表征、性能分析、环境污染评价等实验技能。同时本项目还培养学生的创新意识、科研能力和团队协作能力,激发学生的环保意识和社会责任感。
知识介绍
干水:从概念提出到实际应用
崔博雅, 袁振东
2020, 83(9): 850-855
[摘要]  (89) [HTML全文] (89) [PDF 1835KB] (89)
摘要:
通过对干水的发展史考证可知,20世纪中期,科学家研制出一种由二氧化硅颗粒包裹着水滴的干性粉末并将其命名为“干水(Dry Water)”,但在很长的一段时间内并没有引起人们的关注。至21世纪初,关于干水形成机理和制备技术的一系列研究相继展开。随后,干水巨大的潜在应用价值备受人们关注,其在化妆品、水合物储气、催化剂、灭火剂等众多领域的应用得到了一定程度的开发。干水相关技术的发展会使化学物质的利用方式不断创新。干水的相关知识和发展史改变了人们对水的认识,并会成为化学教科书和百科全书的重要内容。
化学家
中国近现代工业化学家——张泽垚
白欣, 董鑫
2020, 83(9): 856-863
[摘要]  (73) [HTML全文] (73) [PDF 1560KB] (73)
摘要:
张泽垚是中国近现代工业化学家。20世纪初他留美回国后投身于中国化工教育事业与国家工业化建设事业,对国立北京大学、北京女子师范大学、私立江南大学与华东化工学院化工系的发展做出重要贡献;并且他面向社会开展化工普及工作,促进了我国陶瓷学会的建立与发展。2020年是张泽垚逝世50周年,特撰文纪念他。对张泽垚生平的梳理,可以从一个侧面反映出中国近现代化工教育发展历程。