利用尾氣回收的CO2來合成生物活性分子γ-內(nèi)酰胺

Q1.

請(qǐng)對(duì)“Straightforwardsynthesisoffunctionalizedγ-LactamsusingimpureCO2

streamasthecarbonsource”作一個(gè)簡單介紹。本文發(fā)展了一種使用光催化策略，利用汽車尾氣作為二氧化碳源（CO2）合成高附加值的分子和有潛在生物活性的藥物分子的新方法。目前，在二氧化碳參與的有機(jī)分子合成中，往往對(duì)二氧化碳的純度有非常苛刻的要求，因?yàn)椴患兊亩趸細(xì)饬鳎热绻I(yè)廢氣和汽車尾氣中含有氧氣，水蒸氣，一氧化碳，氮氧化物和硫化物等雜質(zhì)氣體，而這些雜質(zhì)對(duì)催化劑有很強(qiáng)的毒化作用。因此，在二氧化碳的利用和固定反應(yīng)中必須提前純化使其達(dá)到一定的純度標(biāo)準(zhǔn)，這一過程需要很多的能源消耗和財(cái)力投入。所以，不純二氧化碳?xì)饬鞯闹苯討?yīng)用將在很大程度上緩解由溫室氣體的過度排放造成的環(huán)境壓力，并為二氧化碳捕集利用與封存戰(zhàn)略貢獻(xiàn)一種可行方案。另一方面，γ-內(nèi)酰胺是一種各種天然產(chǎn)物和藥物中普遍存在的活性核心，高官能團(tuán)化的γ-內(nèi)酰胺可能會(huì)在一定程度上提高或者改變這些生物活性分子的性質(zhì)。因此，如果我們可以利用汽車尾氣使其參與到γ-內(nèi)酰胺的合成中，將實(shí)現(xiàn)“變廢為寶”的轉(zhuǎn)變。通過觀察γ-內(nèi)酰胺的結(jié)構(gòu)，我們知道其包含羰基，氨基和碳骨架。因此羰基源（來自不純二氧化碳流）、氨基源（仲胺）和碳主鏈（烯烴）之間的三組分反應(yīng)因該可以輕松構(gòu)建γ-內(nèi)酰胺單元。事實(shí)上，在光氧化還原催化的溫和反應(yīng)條件下，未受保護(hù)的仲胺能夠產(chǎn)生高活性的α-氨基自由基。隨后，在一種原料豐富且易得的烯烴的存在下將充當(dāng)碳主鏈，并通過捕獲α-氨基自由基（由仲胺產(chǎn)生）來促進(jìn)C-C鍵的構(gòu)建。通過進(jìn)一步的單電子轉(zhuǎn)移（SET）將產(chǎn)生相應(yīng)的碳負(fù)離子。此時(shí)，碳負(fù)離子很容易進(jìn)攻CO2的親電碳中心，導(dǎo)致羧化反應(yīng)的發(fā)生，最終通過分子內(nèi)環(huán)化生成功能化的γ-內(nèi)酰胺。該方法拓展了帶有不同官能團(tuán)的底物范圍，均顯示出很好的兼容性。特別有趣的一點(diǎn)是，因?yàn)樵摲磻?yīng)體系的堿性特質(zhì)，偏酸性的底物的適用性會(huì)受到限制，而我們發(fā)現(xiàn)該體系中帶有未保護(hù)的羧基官能團(tuán)的底物也能在標(biāo)準(zhǔn)條件下以中等產(chǎn)率產(chǎn)生目標(biāo)產(chǎn)物。這項(xiàng)研究的意義在于它有可能提供一種更直接、更可持續(xù)的方式，利用現(xiàn)成的原料和廢氣來生產(chǎn)重要的化合物。底物范圍的普適性和在復(fù)雜分子合成方面的兼容性強(qiáng)調(diào)了該方法的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益，使其成為光催化有機(jī)化學(xué)合成中二氧化碳利用領(lǐng)域的顯著貢獻(xiàn)。Q2.有關(guān)本次研究的時(shí)候遇到過怎樣的困難呢？又是怎樣克服的呢？在研究過程中，我面臨的最大挑戰(zhàn)是從純二氧化碳轉(zhuǎn)向汽車尾氣這一新的思維模式，并努力克服與這一轉(zhuǎn)變相關(guān)的各種困難。其中包括了優(yōu)化反應(yīng)條件、尋找適當(dāng)?shù)拇呋瘎┮约敖鉀Q與廢氣利用相關(guān)的技術(shù)問題。在這個(gè)轉(zhuǎn)變過程中，需要進(jìn)行系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)和參數(shù)調(diào)整，以找到適應(yīng)新條件的最佳解決方案。此外，通過與實(shí)驗(yàn)室同事、技術(shù)員和導(dǎo)師積極討論問題，我能夠從不同角度獲得有益的建議和反饋，加速問題的解決過程。成功克服這些困難的關(guān)鍵在于團(tuán)隊(duì)合作和溝通。通過與同事們分享經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，找到了解決方案，并最終成功實(shí)現(xiàn)了所設(shè)計(jì)的反應(yīng)。Q3.

本次研究主體，有沒有什么讓您感覺特別辛苦和燒腦呢？在研究從汽車尾氣合成γ-內(nèi)酰胺的過程中，最具挑戰(zhàn)性的階段在于底物的拓展。在這個(gè)階段，面臨了許多意料之外的情況。有些設(shè)計(jì)的底物并沒有如預(yù)期般發(fā)生反應(yīng)，或者在中間體階段停滯不前。因此，為了克服底物的選擇性和反應(yīng)條件的優(yōu)化，我進(jìn)行了大量的試驗(yàn)和深入的分析。在這個(gè)過程中，理解光催化機(jī)制以及在合成過程中各個(gè)步驟的調(diào)控也是一項(xiàng)復(fù)雜的任務(wù)。通過研究光催化機(jī)制，能夠更好地理解反應(yīng)中的各個(gè)細(xì)節(jié)，從而更有效地優(yōu)化反應(yīng)條件，提高合成的產(chǎn)率和選擇性。這涉及到深入的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能，需要不斷調(diào)整和優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案，以確保最終合成目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)。Q4.

將來想繼續(xù)研究化學(xué)的哪個(gè)方向呢？環(huán)境污染一直是社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)，因此以有機(jī)化學(xué)的方法為我們的家園創(chuàng)造更綠色、更環(huán)保的環(huán)境是一項(xiàng)非常有意義的任務(wù)。我相信通過深入研究和應(yīng)用有機(jī)化學(xué)，能夠?yàn)橥苿?dòng)這一環(huán)保轉(zhuǎn)變貢獻(xiàn)我的一份力量。未來，我計(jì)劃更加努力地投入到這個(gè)領(lǐng)域，積極尋找和推動(dòng)創(chuàng)新的解決方案，以實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的積極影響。Q5.

最后，有什么想對(duì)讀者說的嗎？從一個(gè)想法的萌發(fā)到最終實(shí)現(xiàn)所預(yù)設(shè)的反應(yīng)，或者甚至生成了一些始料未及的新產(chǎn)物，這是一個(gè)神奇的過程。這個(gè)過程中充滿了驚喜、失落，有時(shí)甚至?xí)幸恍┎焕斫狻Ｈ欢?，?dāng)成功解決一個(gè)個(gè)問題，實(shí)現(xiàn)每一個(gè)設(shè)想后，那種豁然開朗的愉悅感是非常強(qiáng)烈的。我相信每一位從事化學(xué)研究的人都深有體會(huì)。在這個(gè)過程中，我認(rèn)為有一個(gè)非常重要的因素就是老生常談的“熱愛”。從我的碩士導(dǎo)