化学通报杂志

化学通报杂志2020年第10期

• DNA机械技术的研究进展

  孙梦雪,于婵婵,许敏,冯雪艳,姚立

  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

  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

  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

  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,Saikat Ghosh

  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

  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

  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。

• 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

  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

  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（P0.05）。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

  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

  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

  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%。

• 数值误差对能斯特方程计算结果的影响

  邵利民

  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

  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。