氮杂双环

你能想象有*化学也能玩成“乐高积木”吗？2022年10月5日，2022年诺贝尔化学奖授予了三位科学家：Carolyn R. Bertozzi、K. Barry Sharpless和Morten Meldal，奖励他们在发展“点击化学”和“生物正交化学”中的贡献。 问：什么是点击化学？“点击化学(Click chemistry)”是指一类能够高效生成“碳原子-杂原子链”的化学反应。点击化学有以下优势：1.区域特异性和立体特异性；2.对溶剂参数不敏感；3.反应得率高、副反应少，且原料充分反应4.实验条件简单；5.大的热力学驱动力。与点击化学的优势类似，流动化学也具有高效混合、简便*的温度控制、收率高、减少副产物等优势。 图1：发表在JOC杂志上的文章“可见光驱动光催化促进的N-异质螺环的多组分直接组装”今天为大家介绍在2022年9月，Steven V.Ley教授在JOC上一篇题为《可见光驱动光催化促进n杂螺环的多组分直接组装》的文章，演示了在温和条件下使用Vapourtec UV-150光化学反应器合成复杂的螺环化合物。1、螺环化合物20世纪六十年代起，生物学家和药物学家逐渐发现，从自然界分离得到的具有生物活性的化合物中拥有螺环结构的化合物占有很大的比例。随着研究的深入，螺环化合物的性质使他在药物研发中占据非常重要的地位。螺环化合物是指两个单环共用一个碳原子的多环化合物；共用的碳原子称为螺原子。杂环螺环结构在一定程度上改变药物分子的水溶性、亲脂性、优势构象等，使优化后的药物分子更容易成药。不同的螺环具有丰富的三维立体结构，从而提供了改善药效的可能性和药物*的创新性；既可以突破现有药物的*，又能设计全新结构或者骨架的小分子化合物。 图2：螺旋内酯固醇 图3：灰黄霉素已上市药物中，也有很多含有螺环结构的小分子药物，比如利尿剂螺旋内酯固醇(Spironolactone)（如图2所示）和抗真菌药物灰黄霉素(Griseofulvin)（如图3所示）。N-异螺旋环是在天然产物和药物中发现的有趣的结构单元，但其合成的可靠方法相对较少。传统合成方式 图4：获取螺旋环吡咯烷的策略 图5：从N-烯丙磺酰胺和烯烃中构建β-螺旋吡咯啶现有的方法通常需要几个步骤，并使用昂贵的催化剂，如钌或铑，以获得所需的产品。在过去，靠传统的办法合成目标分子，往往需要绕很多弯路。步骤越多，意味着产率越低，浪费越大。2、更高效的合成方式使用Vapourtec UV-150光反应器放大合成N-异象螺旋循环 图6：使用Vapourtec UV-150光化学反应器合成复杂的螺环化合物Steven V. Ley教授是世界*的有机化学家，剑桥化学系研究主任，皇家化学会RSC的前任会长，教授在有机合成方法学和全合成领域中的成就斐然。Ley教授在“可见光驱动光催化促进n杂螺环的多组分直接组装”一文中，演示了在温和条件下使用Vapourtec UV-150光化学反应器合成复杂的螺环化合物。在近年来发展的叠杂杂螺环的大多数制备方法中都需要多步步骤。然而，光催化的最新应用可以使合成步骤大大减少。作者利用光催化生成N-中心自由基，可构建多种β-螺环吡咯烷，包括药物衍生物。利用流动化学技术，还证明了产品的进一步衍生化具有可行的放大程序。光催化能够在温和的条件下通过高度反应的中间体以模块化的方式构建复杂的分子结构。在开发的螺环吡咯烷的制备方法中，大多数都能够制备α-螺环吡咯烷，克服了制备α-三级胺的一些困难。简化合成路线的解决方案之一是采用无试剂化学方法。从光化学上讲，以氮为中心的自由基的产生相对简单，并被证明可以激活N-H和N-X键。通过在合成螺旋环化合物时使用这种方法，可以避免四元碳中心引起的立体问题，从而改善整体过程。使用VapourtecE系列进行流动反应和放大实验，该系列由三个蠕动泵和一个光反应器组成，BPR输出为8bar。使用的光源是Vapourtec 61W（辐射功率）365 nm（峰值强度）LED灯光，辐射带范围为350&minus 400nm。利用在线监测，大大的缩短了研究时间，提高研究效率。作者使用配有365nm高功率LED灯的E-photochem演示了一系列螺环吡啶的合成。在合成双叠氮杂螺环的过程中，该方法使用光化学反应器UV-150进行了放大，产量达到了100克/天。3、实验总结1、相比传统的的反应，该反应具有操作简便、条件温和、反应时间短等优势；2、利用在线监测，大大的缩短了研究时间，提高研究效率；3、在温和的条件下通过高度反应的中间体以模块化的方式构建复杂的分子结构；4、利用流动化学技术，还证明了产品的进一步衍生化具有可行的放大程序。4、关于Vapourtec Vapourtec是一家专业设计和制造流动化学设备的公司。Vapourtec公司的连续流动化学系统质量可靠、性能成熟、高效能模块系统可随您的流动化学生产能力的扩大而拓展。反应器可进行组合，实现多步合成。无需使用任何工具数秒内即可完成反应器更换。UV-150反应器UV-150反应器消除了传统批次光化学的问题，可以充分发挥光化学的潜力。在连续流动操作下，它提供了安全、精确、高效、一致和可扩展的光化学。 图7:vapourtec UV-150光化学反应器● UV-150光化学反应器与Vapourtec R系列和E系列流化学系统兼容，操作简便；● Vapourtec提供3种不同的光源，提供220纳米至650纳米之间的精确波长；● 可以在-20°C到80°C之间设置反应温度。参考文献[1] Multicomponent Direct Assembly of N-Heterospirocycles Facilitated by Visible-Light-Driven PhotocatalysisOliver M. Griffiths and Steven V. LeyThe Journal of Organic Chemistry 2022 87 (19), 13204-13223 DOI:10.1021/acs.joc.2c01684[2] Total Synthesis of Phytotoxic Radulanin A Facilitated by the Photochemical Ring Expansion of a 2,2-Dimethylchromene in FlowBruce Lockett-Walters, Simon Thuillier, Emmanuel Baudouin, and Bastien NayOrganic Letters 2022 24 (22), 4029-4033 DOI: 10.1021/acs.orglett.2c01462

香港浸会大学环境与生物分析国家重点实验室近期的科学研究有新发现。实验室主任、化学系教授蔡宗苇教授带领团队公布最新科研成果：双酚S暴露，会使乳腺肿瘤增大，为罹患乳癌带来风险。通过蔡教授团队此前的研究发现，牙膏中存在的三氯生成分会损伤肠道，成为引发炎症性肠道疾病的元凶。蔡宗苇教授表示：“在工业生产中，双酚A被较少研究的化学物质双酚S所取代。由于我们的研究显示，双酚S或与乳腺肿瘤增生有潜在关联，故此有必要做进一步研究，了解这种化学物对人体健康的潜在影响。长远而言，业界或需寻找较为安全的双酚A和双酚S替代品。决策者也应就使用双酚S制定相关的安全标准和规划。”众所周知，双酚A是一种过往被广泛应用于生产婴儿水壶、食物及饮料容器及餐具的塑化剂，以及打印收据的感热纸中做显色剂等，由于被证实与人体内分泌系统失调、代谢疾病及乳癌风险增加有关，近年来，工业界较多改用双酚S作为替代品。双酚S是人们日常生活中经常接触到的工业化学物质接替双酚A的双酚S是否对人体健康安全、无害？对于令广大女性谈及色变的乳癌，暴露的双酚S是否对其产生、恶化也会带来影响？科学界仍然知之甚少。2022年1月18日，蔡宗苇教授在新闻发布会上介绍基于双酚S的最新研究成果。研究团队通过小鼠实验发现，双酚S同样会有令乳腺肿瘤增生及增加患癌风险。不同剂量的双酚S（BPS）暴露，与乳腺肿瘤增生和恶化相关。蔡宗苇教授在新闻发布会上上介绍双酚S的最新科研成果研究团队将人的乳腺癌细胞移植至三组小鼠身上进行试验，在对小鼠乳腺肿瘤造模后，第一组（BPS-10组别）小鼠每天被注入较低剂量的每公斤体重10微克双酚S，为期8周；第二组（BPS-100组别）小鼠每天被注入较高剂量的每公斤体重100微克双酚S；剩余属于对照组的小鼠则被注入橄榄油。研究团队通过小鼠实验观察双酚S对乳腺肿瘤的影响经过八周的实验，BPS-10组别小鼠的肿瘤平均体积和重量，分别多对照组13倍和11倍，而BPS-100组别小鼠肿瘤的平均体积和重量则多对照组4倍和4.5倍。实验结果显示，双酚S会增加肿瘤体积及重量。研究团队随后分析了三组小鼠乳腺肿瘤的坏死区和癌细胞聚集区，他们观察到两组被注入双酚S的小鼠，其肿瘤体积增加的同时，与肿瘤增生和恶化有关的细胞排列和分布也出现了变化。BPS-10和BPS-100组别的坏死区的平均面积，分别占肿瘤的54.7%和11.5%。低剂量双酚S加快肿瘤生长，高剂量双酚S或最终令肿瘤恶化。实验证明双酚S暴露会引发乳腺肿瘤增生及恶化实验证明双酚S暴露会增加乳癌风险蔡教授介绍说，在团队的研究实验过程中识别出六个调节肿瘤生长的脂质生物标志物以及十二种蛋白质生物标志物的分布，包括与乳腺肿瘤增生和恶化密切相关的蛋白质。在脂质分布研究中，团队推断出有双酚S暴露，调节肿瘤生长的脂质的代谢会受到干扰。脂质和蛋白质标志物的发现有望日后应用于乳腺的分析检测。此次双酚S研究团队除了香港浸会大学的科学家外，还包括中国科学院深圳先进技术研究院及西安交通大学的研究人员。研究成果已刊登于国际科学期刊《journal of Hazardous Materials》。2022年1月，国际著名学术期刊《自然 通讯》刊发了题为“Microbial enzymes induce colitis by reactivating triclosan in the mouse gastrointestinal tract”的文章，揭示了一种应用于牙膏、化妆品、瑜伽垫以及其他运动服装中具有抗菌功能的添加剂三氯生，会造成肠道损伤，从而引发肠道炎症疾病。该项研究同样由蔡教授带领实验室科研人员，与美国马赛诸塞大学和北卡罗莱纳大学教堂山分校的学者们共同进行。研究人员将特定的肠道微生物酶，特别是肠道微生物β-葡萄糖醛酸苷酶（GUS）蛋白与三氯生连接，并表明这些酶驱动三氯生在肠道中制造严重破坏。在知道哪些细菌蛋白是罪魁祸首后，研究小组利用一种微生物靶向抑制剂来阻断肠道中的三氯生作用。在小鼠中阻断这一过程可防止结肠损伤和结肠炎的症状。该研究为越来越多的被诊断为炎症性肠病的人群提供了治疗的新线索。基于三氯生和相关化合物可能造成肠道损伤，学者们建议应该重新考虑三氯生应用的安全性，并需要更好地理解环境化学物质对肠道健康的影响。

材料是社会进步的重要物质条件，半导体产业近年来已成为材料产业中备受瞩目的焦点。从沙子到晶片直至元器件的制造和创新，都需要应用不同的表征与检测方法去了解其特殊的物理化学性能，从而为生产工艺的改进提供科学依据。仪器信息网策划了“半导体检测”专题，特别邀请到布鲁克光谱中国区总经理赵跃就此专题发表看法。布鲁克光谱中国区总经理 赵跃赵跃先生拥有超过20年科学分析仪器领域丰富的从业经历，先后服务于四家跨国企业，对于科学分析仪器以及材料研发行业具有深刻理解，促进了快速引进国外先进技术服务于中国的科研创新和产业升级。2020年9月，习近平主席在第75届联合国大会上，明确提出中国力争在2030年前实现“碳达峰”，2060年前实现“碳中和”的目标。“双碳”目标的直接指向是改变能源结构，即从主要依靠化石能源的能源体系，向零碳的风力、光伏和水电转换。加快能源结构调整，大力发展光伏等新能源是实现“碳达峰、碳中和”目标的必然选择。目前，光伏产业已成为我国少有的形成国际竞争优势、并有望率先成为高质量发展典范的战略性新兴产业，也是推动我国能源变革的重要引擎。太阳能光伏是通过光生伏特效应直接利用太阳能的绿色能源技术。2021年，全球晶硅光伏电池产能达到423.5GW，同比增长69.8%；总产量达到223.9GW，同比增长37%。中国大陆电池产能继续领跑全球，达到360.6GW，占全球产能的85.1%；总产量达到197.9GW，占全球总产量的88.4%。截止到2021年底，我国光伏装机量为3.1亿千瓦时。据全球能源互联网发展合作组织预测，到2030、2050、2060年我国光伏装机量将分别达到10、32.7、35.51亿千瓦时，到2060年光伏的装机量将是今天的10倍以上。从发电量来看，虽然其发电容量仍只占人类用电总量的很小一部分，不过，从2004年开始，接入电网的光伏发电量以年均60%的速度增长，是当前发展速度最快的能源。2021年我国光伏发电量3259亿千瓦时，同比增长25.1％，全年光伏发电量占总发电量比重达4％。预计到2030年，我国火力发电将从目前的49%下降至28%，光伏发电将上升至27%。预计2030年之后，光伏将超越火电成为所有能源发电中最重要的能源，光伏新能源作为一种可持续能源替代方式，经过几十年发展已经形成相对成熟且有竞争力的产业链。在整个光伏产业链中，上游以晶体硅原料的采集和硅棒、硅锭、硅片的加工制作为主；产业链中游是光伏电池和光伏组件的制作，包括电池片、封装EVA胶膜、玻璃、背板、接线盒、逆变器、太阳能边框及其组合而成的太阳能电池组件、安装系统支架；产业链下游则是光伏电站系统的集成和运营。硅料是光伏行业中最上游的产业，是光伏电池组件所使用硅片的原材料，其市场占有率在90%以上，而且在今后相当长一段时期也依然是光伏电池的主流材料。在2011年以前，多晶硅料制备技术一直掌握在美、德、日、韩等国外厂商手中，国内企业主要依赖进口。近几年随着国内多晶硅料厂商在技术及工艺上取得突破，国外厂商对多晶硅料的垄断局面被打破。我国多晶硅料生产能力不断提高，综合能耗不断下降，生产管理和成本控制已达全球领先水平。2021年，全球多晶硅总产量64.2万吨，其中中国多晶硅产量50.5万吨，约占全球总产品的79%。全球前十硅料生产企业中中国有7家，世界多晶硅料生产中心已移至中国，我国多晶硅料自给率大幅提升。与此同时，在多晶硅直接下游硅片生产中，因单晶硅片纯度更高，转化效率更高， 消费占比也不断走高，至 2020 年，单晶硅片占比已达 90%的水平。用于光伏生产的太阳能级多晶硅料一般纯度在6N～9N之间。无论对于上游的硅料生产，还是单晶硅片、多晶硅片生产，硅中氧含量、碳含量、III族、V族施主、受主元素含量、氮含量测量是硅材料界非常重要的课题，直接影响硅片电学性能。故准确测试上游硅料、单晶硅片中相应杂质元素含量显得尤为必要、重要。在过去的十几年中，ASTM International（前身为美国材料与试验协会）已经对上述杂质元素的定量分析方法提出了国际普遍通行的标准，其中，分子振动光谱学方法因其相对低廉的设备成本、快速、无损、高灵敏度的测试过程，以及较低的检测下限，倍受业内从事品质控制的机构和组织的青睐。值得一提的是，我国也在近几年陆续制定和出台了多个以分子振动光谱学为品控方法的相关行业标准 （见附录）。这标志着我国硅料生产与品控规范进入了更成熟、更完善、更科学、更自主的新阶段。德国布鲁克集团，作为分子振动光谱仪器领域的领军企业，几十年来坚持为工业生产和科学研究提供先进方法学的助力。由布鲁克光谱（Bruker Optics）研发制造的CryoSAS全自动、高灵敏度低温硅分析系统，基于傅立叶变换红外光谱技术，专为工业环境使用而设计。顺应ASTM及我国相关标准中的测试要求，此系统可以室温和低温下（＜15K）工作，通过测试中/远红外波段（1250-250cm-1）硅单晶红外吸收光谱（此波段红外吸光光谱涵盖了硅晶体中间隙氧，代位碳，III-V族施主、受主元素以及氮氧复合体吸收谱带。），可以直接或间接计算出相应杂质元素含量值。检测下限可低至ppta(施主，受主杂质)和ppba量级(代位碳，间隙氧)，很好地满足了上游硅料品控的要求，为中游光伏电池和光伏组件的制作打下了扎实的原料品质基础。随着硅晶原料产能的逐年提高，布鲁克公司的 CryoSAS仪器作为光伏产业链上游的重要品控工具之一，已在全球硅料制造业中达到了极高的保有量。随着需求的提升，电子级硅的生产需求也在持续增加。布鲁克公司红外光谱技术也有成熟的方案和设备，目前国内已有多个用户采用并取得了良好的效果。低温下(~12 K)，硅中碳测试结果（上图），硅中硼、磷测试结果（下图）附录：产品国家标准：《GB/T 25074 太阳能级多晶硅》《GB/T 25076 太阳能电池用硅单晶》测试方法国家标准：《GB/T 1557 硅晶体中间隙氧含量的红外吸收测量方法》《GB/T 1558 硅中代位碳原子含量红外吸收测量方法》《GB/T 35306 硅单晶中碳、氧含量的测定 低温傅立叶变换红外光谱法》《GB/T 24581 硅单晶中III、V族杂质含量的测定 低温傅立叶变换红外光谱法》（布鲁克光谱 供稿）