化学通报杂志

化学通报杂志2025年第12期

• 双发射金属有机骨架基比率荧光传感器的应用研究进展

  于海欢,孙晶,苏忠民

  基于荧光的化学传感器因其响应迅速、灵敏度高、成本效益好以及操作简便而备受关注。近年来，金属有机框架(MOFs)因其超高的孔隙率、灵活的可调性以及出色的发光特性被广泛用作构建荧光传感器。然而，单信号发射的MOFs容易受到浓度、环境和激发强度的影响，从而导致准确性不佳。为了克服这些缺陷，基于双发射MOFs的比率型荧光传感器被提出并迅速发展。本综述中，我们总结了双发射MOFs的构建策略以及基于双发射MOFs的比率型荧光传感器在各种分析行业中应用的最新进展。最后，我们探讨了双发射金属有机框架基比率荧光传感器面临的挑战及未来发展前景。

• 金属有机骨架/石墨烯基复合材料构建电化学传感器检测重金属离子的研究进展

  丁圣修,吕奔阳,丁文均,徐婧,李伟,范芯卉,王一涵,刘凤海,包名家

  重金属离子检测对医学诊断、环境监测及食品安全至关重要。 因其环境蓄积性强且致病风险高，建立高效灵敏的检测方法对保障公共健康与生态安全尤为关键。电化学传感技术因其简便快速的优势备受关注。金属有机框架（MOFs）具有高比表面积、丰富活性位点和优异吸附性能，石墨烯基材料则具备卓越导电性与化学稳定性。二者复合形成的MOFs/石墨烯基复合材料能发挥协同效应，显著提升传感器的灵敏度与选择性。通过精准设计材料结构，可构建针对特定重金属离子的特异性识别空腔，进一步增强吸附识别能力。目前该类传感器已成功应用于多种重金属离子检测，但复杂基质干扰和长期稳定性仍是主要挑战。本文系统综述了MOFs/石墨烯基复合材料的主要合成策略，总结其在重金属离子电化学检测中的技术进展与应用案例，深入分析当前瓶颈问题并展望未来发展，旨在为开发高效稳定检测体系提供理论参考，推动其商业化和应用效能提升。

• 纳米氧化铁表面特性调控及重金属去除机制的研究进展

  李小艺,蒲俊美,和建华,贺思腾,梁新然,蒋明,湛方栋,潘云凤,祖艳群

  针对经济快速发展导致的重金属环境污染问题，具备高比表面积、丰富官能团与发达孔隙结构的纳米氧化铁材料，因其低成本制备和环境友好特性，已成为水体和土壤重金属污染修复的研究热点。然而，纳米氧化铁在实际应用中存在易氧化、易团聚及表面活性不足等缺陷，特别是磁铁矿纳米材料氧化后分散性与磁性显著降低。本文综述了纳米氧化铁材料基于合成方法优化、表面修饰及复合材料构建等调控策略对其表面结构与物化特性的影响机制，深入解析材料在重金属污染修复中的去除机制与应用前景。研究表明，不同的调控策略可有效改变材料表面特性与性能，有望克服其固有缺陷，为纳米氧化铁材料的合成设计与重金属去除的应用提供了新途径。

• Pirkle型手性固定相的分类及其在手性药物拆分中的应用

  田薇,范 堃,杨璨瑜,沈报春

  由于手性药物对映体在药理作用和生理活性上存在显著差异，手性药物对映体分离成为了分离和分析领域的研究热点及焦点之一。高效液相色谱(HPLC)手性固定相(CSPs)法，因其高效、快速等优点，已经成为手性药物对映体分离和检测的首选方法。Pirkle型CSPs是通过间隔臂将小分子化合物与硅胶载体结合制备而成，与聚合物CSPs相比，小分子CSPs的结构明确，有利于手性拆分机理的研究，是众多色谱固定相中应用广泛且极为重要的一类。本文根据手性选择剂（CS）的类型将Pirkle型CSPs进行了分类综述，并介绍了常用Pirkle型商品化CSPs在手性药物对映体分离中的应用。

• 噁唑骨架的高效构建策略

  罗倩婷,种雪兰,焦丽萍,吴秀敏,何华锋

  噁唑骨架是广泛存在于多种天然产物和活性药物的重要结构片段，其独特的杂原子结构和芳香性，使其具备卓越的生物活性。近年来，大量噁唑骨架构建的新颖策略被报道披露。为更好指导相关研究，激发创新性反应策略开发，制备结构新颖、活性突出的噁唑类药物前体，文章系统梳理近期有关噁唑骨架构建的报道，依据噁唑骨架中氮原子的来源，分别总结归纳了酰胺、氰基/异氰基、胺类及含氮杂环等含氮前体基团高效构建噁唑的报道，并探讨研究中所存在的问题与挑战,在文献报道和深入分析的基础上，推导预测了噁唑环构建的潜在反应机理。进一步，指出后续围绕噁唑骨架及其衍生物的化学合成、绿色催化体系设计、精准机理解析以及特异生物活性筛选等方向仍具有重要的研究潜力与现实需求。

• 化学指纹图谱在中药产地溯源中的研究进展

  黄鹏宇,张婷,刘昊阳,袁文韬

  中药是中华民族的瑰宝，其药用价值高度依赖于产地，产地溯源至关重要。针对中药化学组成复杂、传统仪器分析难以实现有效模式识别的挑战，化学指纹图谱技术凭借其整体性、综合性的表征优势，以及与机器学习高度融合的特点，成为中药产地溯源的核心工具。本文详细阐述了化学指纹图谱的基本概念与关键技术体系，综述了指纹图谱常见的数据获取技术、数据预处理方法、主流机器学习模型、模型评价技术手段及其具体应用实例，期望能为化学指纹图谱在中药产地溯源领域的进一步应用提供一些参考。

• 准金属：介于金属与非金属之间的奇妙元素

  袁紫亮,罗志强,何智娟

  准金属是一类兼具金属与非金属性质的特殊元素，位于元素周期表中金属与非金属之间的“中间地带”。凭借“亦金属亦非金属”的独特性质，准金属在现代科技与工业领域中占据重要地位。本文首先介绍准金属的定义、分类与发现历史，并深入探讨其物理和化学性质。随后，围绕硅、硼、锗、碲等典型准金属元素，系统梳理其在半导体器件、太阳能电池、航空材料、钢铁合金等高新技术领域的应用。最后，分析了准金属在催化合成和功能材料中的前沿探索。通过对准金属结构特性与功能价值的综合解析，本文旨在揭示其作为连接金属与非金属、推动新材料创新的重要桥梁作用。

• 金属有机凝胶基复合相变材料的制备与性能研究

  高金轩,李可庆,段紫涵,宋梦元,陈曦

  有机固-液相变材料作为潜热储能技术的重要工作介质，在使用过程中常存在液相泄漏的问题，现阶段常将此类相变材料与多孔载体复合以提升相变材料的应用性能及使用寿命。金属有机凝胶（MOG）是一种新型多孔材料，具有优异稳定性、丰富活性位点、分级多孔结构和多种响应特性等优势，将其用作相变材料的载体具有潜在的发展前景。有鉴于此，本工作基于Fe3+和1,3,5-苯三甲酸合成了一种有机-无机杂化多孔金属-有机凝胶，并负载硬脂酸（18COOH）制备复合相变材料。比表面积及孔径分析（BET）、差示扫描量热分析（DSC）、热失重分析（TGA）及高温泄露测试等结果表明，MOG作为多孔载体负载相变材料具有极大潜能，其主要通过其良好的孔隙度、柔韧性及其丰富的活性位点等与18COOH相互作用，和传统的金属有机骨架材料MIL-100（MOF)相比，总体上提高了复合相变材料的相变潜热利用，MOG/18COOH复合材料的熔融焓值可以达到77.7 J/g。所得MOG/18COOH复合材料在经过一系列循环热的测试后依然保持良好的稳定性，没有从MOG中观察到PCMs的泄漏，这也进一步验证了负载后的元复合相变材料可长期使用，并且拥有良好的热物性能。

• 新型谷氨酰胺酰基环化酶抑制剂的虚拟筛选与分子动力学模拟研究

  周新宇,李静静,杨铠银,闫红,高学云

  谷氨酰胺酰基环化酶(Glutaminyl cyclase, QC)催化生成的焦谷氨酸修饰β-淀粉样蛋白(pyroglutamylated β-amyloid, pE-Aβ),是加速阿尔茨海默病(Alzheimer’s Disease, AD)的关键因素之一。QC抑制剂的设计与开发已成为抗AD药物研发的重要策略之一。本研究采用基于结构的虚拟筛选(structure-based virtual screening, SBVS)策略,对Topscience数据库中的2000余万种小分子依次进行高通量虚拟筛选(high-throughput virtual screening, HTVS)、标准精度(standard precision, SP)和超精度(extra precision, XP)三个层次的分子对接研究,最终获得6个具有高理论亲和力的候选化合物(P348, P033, P200, P992, P704和P925),并对它们的吸收、分布、代谢、排泄和毒性(ADMET)性质进行了评价分析。通过200 ns分子动力学模拟验证了候选化合物与QC复合物体系的稳定性。结合分子力学/泊松-玻尔兹曼表面积(MM/PBSA)方法计算平均结合自由能,进一步评估了候选化合物在动态溶剂化环境下与QC蛋白的亲和力。结果表明,6个候选化合物与QC蛋白形成的复合体系均保持良好的稳定性,且其亲和力均强于参考化合物PBD150。这表明6个候选化合物可作为新型QC抑制剂,并为后续结构优化及生物活性研究提供了理论指导。

• 新型4-噻唑烷酮类化合物的合成及体外抗肿瘤活性评价

  魏世贵,樊平平,杜永红,李进京

  以2-(2-羟基-5-苯甲基)苯并三唑和2-溴乙酸乙酯为起始原料，经亲核取代反应合成酯类中间体5。中间体5再与水合肼反应生成酰肼中间体6。随后，中间体6与不同取代的异硫氰酸酯反应，得到相应的硫脲中间体7a~7g。最终，各种硫脲与2-溴乙酸乙酯经环合反应得到7个结构新颖的4-噻唑烷酮类化合物。目标化合物及中间体7a~7d均为首次报道的新化合物。所有目标化合物的结构经1H NMR、13C NMR及HRMS确证。采用MTT法评价7个目标化合物对人结肠癌细胞SW620、人非小细胞肺癌细胞A549、人宫颈癌细胞Hela和人乳腺癌细胞MCF-7的体外增殖抑制活性。初步的药理实验结果表明，新型4-噻唑烷酮类化合物中，化合物8b和8g对Hela细胞表现出显著的抑制效果，IC50值分别为10.8 μM和11.4 μM。对A549细胞表现出中等的抑制活性，IC50值分别为20.3 μM和16.1 μM。

• 一种糖氨基酸的可扩展合成及其在SARS-CoV-2 糖肽构建中的应用

  高云霞,张家彬

  开发一种高效、可规模化生产的Fmoc-Asn（Ac3GlcNAc）-OH合成方法，以解决N-糖肽核心砌块规模化制备的难题，并成功应用于SARS-CoV-2糖肽的固相合成。以廉价易得的50 g乙酰氨基葡萄糖为起始原料，凭借仅需重结晶的简易纯化技术，成功合成20 g高纯度关键糖氨基酸合成砌块Fmoc-Asn（Ac3GlcNAc）-OH，提升了合成效率。进一步将该砌块通过固相肽合成（SPPS）技术引入SARS-CoV-2糖肽序列，经高效液相色谱（HPLC）及质谱（MS）验证，最终以22%的总产率获得119.6 mg目标糖肽。该方法操作简便、产率高，为糖蛋白功能研究及抗病毒糖肽疫苗的开发提供了重要的合成基础。

• 诺奖视角下蛋白质设计与结构预测技术专利态势分析

  相强宇,吴宗震,张璐,刘欢

  2024年诺贝尔化学奖授予大卫.贝克(David Baker)、德米斯.哈萨比斯(Demis Hassabis)和约翰.M.江珀(John M. Jumper),以表彰他们在计算蛋白质设计与结构预测领域的开创性贡献。计算蛋白质设计为功能性酶、新型药物和生物材料开发提供了全新路径,而结构预测技术,尤其是AlphaFold的突破性进展,使蛋白质三维结构解析效率大幅提升,为生命科学和生物医药领域带来了深远影响。本文以专利计量方法为基础,系统分析了蛋白质设计与结构预测技术的专利申请趋势、来源国分布、技术聚焦点及创新合作网络。研究发现,蛋白质结构预测相关专利近年来增长迅速,特别是在人工智能驱动下形成了以欧美和中国为核心的技术竞争格局；计算蛋白质设计领域则呈现阶段性发展特征,创新活动更集中于特定应用方向。此外,专利数据揭示了不同机构在该领域知识产权布局中的战略选择及其对技术壁垒形成的贡献。本文的研究不仅为2024年诺贝尔化学奖相关技术的产业化路径提供了量化分析,也为探索生物技术领域的创新动力与全球技术竞争格局提供了理论支持。