化学合成可持续催化剂迎来突破 可减少对稀有金属的依赖

化学合成可持续催化剂迎来突破可减少对稀有金属的依赖研究人员开创了一种更高效、更环保的化学合成方法，有望显著提高可持续性。这项创新技术涉及将孤立的原子分散在氮化碳载体上，形成一种在酯化反应中更活跃的催化剂，这对于生产药品、食品添加剂和聚合物等产品至关重要。该催化剂减少了对稀有金属的依赖，并且可以通过阳光激活，从而抑制能源消耗。图片来源：米兰理工大学米兰理工大学的一项新发现开辟了可持续化学合成领域的新视角，推广创新解决方案，使化学品能够以更高效、更环保的方式生产。该研究发表在著名的《自然综合》杂志上。利用将孤立原子分散在氮化碳载体上的创新技术，该团队开发了一种在酯化反应中更具活性和选择性的催化剂。这是一个重要的反应，其中羧酸和溴化物结合形成用于制造药物、食品添加剂和聚合物的产品。这种新型催化剂的革命性特点是它减少了稀有金属的使用，这是节约关键资源和使工艺更具可持续性的重要一步。此外，该催化剂可以通过阳光激活，从而无需采用能源密集型方法。这一发现在减少对有限资源的依赖和降低催化过程对环境的影响方面具有巨大的潜力。化学工程副教授GianvitoVilé教授协调了该项目，而米兰理工大学MarieSkłodowska-Curie博士后研究员MarkBajada是该项目的第一论文作者。该研究是与米兰比可卡大学和都灵大学的研究人员密切合作进行的，并由欧盟委员会通过MarieSkłodowska-Curie博士后奖学金和最近授予米兰理工大学(SusPharma)的HorizonEurope项目资助）。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1369831.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1369831.htm

新型光催化硼酸化方法变革合成化学转化产物的方式

新型光催化硼酸化方法变革合成化学转化产物的方式一个突破性的研究团队推出了一种利用NHC-BH3进行硼酸化反应的高效、可回收光催化系统，有助于在温和条件下进行可持续的高价值化学合成。资料来源：DICPNHC-BH3在自由基硼化反应中的优势NHC-BH3化学性质稳定，制备方法简单，是自由基硼化反应中的新型硼源。然而，由于需要大量有害的自由基引发剂以及昂贵且不可回收的均相光催化剂，NHC-BH3的应用受到了阻碍。在这项研究中，研究人员利用易于制备的硫化镉纳米片作为异相光催化剂。它们以NHC-BH3为硼源，可在室温和光照条件下对各种烯烃、炔烃、亚胺、芳香（杂）环和生物活性分子进行选择性硼化反应。由于转换过程充分利用了光生电子-空穴对，因此无需使用牺牲剂（通过自身损耗来减少其他化学剂损耗的廉价化学剂，且本身不与其他药剂起作用）。新系统的可扩展性和可回收性此外，他们还发现，这种光催化系统不仅可以实现克级放大，而且在催化剂多次循环后仍能保持稳定的产量。它还可以作为一个可回收的通用平台，使回收的催化剂能够继续催化不同种类的底物。戴教授说："我们的研究为开发以NHC-BH3为硼源的自由基硼化反应提供了新思路，反应得到的有机硼烷可用于合成含有羟基、硼酸盐和二氟硼烷反应位点的合成构筑物。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1400819.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1400819.htm

科学家首次观察到 "难以证明"的催化中间体

科学家首次观察到"难以证明"的催化中间体基础科学研究所（IBS）的研究人员通过实验证实了催化胺化反应过程中产生的过渡金属-亚硝基中间体的结构和性质。资料来源：基础科学研究所这种中间体被称为过渡金属-亚硝基，在将碳氢化合物转化为酰胺（制药和材料科学领域的重要物质）的过程中发挥着重要作用。在化学反应中，中间体是反应物转化为产物过程中形成和消耗的物质。因此，了解这些中间产物对于改进反应途径和开发高效催化剂至关重要。例如，含氮化合物构成了约90%药品的骨架，也是材料科学中必不可少的物质。因此，在将氮基官能团引入碳氢化合物原料的胺化反应中，确定其中涉及的中间产物非常重要。金属-硝基类物质被认为是关键的催化中间体，它可以产生有价值的含氮分子，包括内酰胺和丙烯酰胺，这些分子被认为是医药和生物活性天然产品的重要支架。资料来源：基础科学研究所研究人员认识到了解胺化反应中反应中间体的结构和性质的重要性。尤其是利用过渡金属催化剂和二恶唑酮试剂的反应被认为对药物化学和材料科学非常有用，全球有120多个研究小组为这一领域的发展做出了贡献。从根本上理解这些反应的关键在于研究过渡金属催化剂与二恶唑酮试剂结合后形成的反应中间体--即金属酰亚胺。由于这些中间体具有高反应性，只能短暂存在，因此研究起来非常困难。此外，传统的催化反应通常发生在溶液中，中间物质很快就会与其他分子发生反应，因此研究起来更加困难。利用与铑结合的二恶唑酮配位复合物的单晶，研究人员通过光晶分析观察到了梦寐以求的铑-酰亚胺类物质。当二恶唑酮与过渡金属催化剂反应生成金属酰亚胺时，会挤出一个二氧化碳分子。在这里观察到的晶体结构中，二氧化碳分子恰好位于生成的Rh-nitrenoid和反阴离子之间。资料来源：基础科学研究所为了应对这一挑战，基础科学研究所团队设计了一种使用X射线光晶体学的实验方法。此外，他们还重点跟踪固态而非液态溶液中的化学反应。为此，他们开发了一种带有双齿二恶唑酮配体的新型发色铑配合物，在这种配合物中，光诱导的金属-配体电荷转移启动了苯等烃源的催化C-H酰胺化反应。利用这种新设计的系统，研究人员合成了一种可分离的铑-二恶唑酮配位复合物。然后，通过使用同步辐射（浦项加速器实验室）进行光诱导单晶X射线衍射分析，他们首次成功揭示了铑-酰亚胺中间体的结构和性质。此外，这项研究还旨在实现对铑-酰基腈在固相中向外部亲核体转移过程的晶体学监测，从而提供完整的亚硝基转移过程的机理快照。研究人员还制备了铑-二恶唑酮和丙酮分子的共晶体，从而进一步进行了光晶体学分析，以监测腈类向作为外部亲核体的丙酮分子转移的过程。这些结果证实了铑-酰亚硝基中间体的亲电反应性质。资料来源：基础科学研究所与以往涉及金属-硝基中间体的催化领域的研究相比，这项突破性研究向前迈出了一大步。通过观察催化反应中的金属-nitrenoid中间体，该研究为了解它们的反应性提供了至关重要的见解。这些发现有望为未来开发更具反应性和选择性的烃胺化反应催化剂做出贡献。张硕辅强调了这一发现的重要性，他说："我们通过实验捕捉到了过渡金属-nitrenoid中间体，而这一中间体的存在只是假设，很难证明。他进一步指出，这项研究将为设计可用于各行各业的高活性和选择性催化剂提供重要线索，甚至有可能为开发"通用催化剂"做出贡献。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1376213.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1376213.htm

科学家开发出活性提高7.9倍的催化剂用于制氢

科学家开发出活性提高7.9倍的催化剂用于制氢要使氢能更容易被车辆使用，并被公认为一种可靠的替代能源，就必须降低氢气的生产成本，确保其经济可行性。这一目标的核心是优化电解-氢进化过程的效率，该过程从水中制取氢气。最近，由浦项科技大学（POSTECH）化学系的InSuLee教授、SoumenDutta研究教授和ByeongSuGu组成的研究小组通过开发铂纳米催化剂，显著提高了氢这种绿色能源的生产效率。用于氢气进化的三金属杂化纳米催化剂的机理图解。资料来源：POSTECH他们通过逐步沉积两种不同金属的方式完成了这一创举。他们的研究成果发表在《AngewandteChemie》上，这是一份备受推崇的专注于化学领域的期刊。在催化剂表面的特定位置选择性地沉积不同的材料（其尺寸在纳米范围内）带来了巨大的挑战。意外沉积可能会阻塞催化剂的活性位点或干扰彼此的功能。这种困境阻碍了在单一材料上同时沉积镍和钯。镍负责激活水的分裂，而钯则促进氢离子向氢分子的转化。三金属杂化催化剂的合成和氢演化示意图。资料来源：POSTECH研究小组开发了一种新型纳米反应器，可精细控制沉积在二维平面纳米晶体上的金属位置。此外，他们还设计了一种纳米级精细沉积工艺，使不同的材料能够覆盖二维铂纳米晶体的不同面。这种新方法开发出了一种"铂-镍-钯"三金属混合催化剂材料，通过连续沉积，钯和镍纳米薄膜分别选择性地覆盖了二维铂纳米晶体的平面和边缘。混合催化剂具有独特的镍/铂和钯/铂界面，分别用于促进水分离和氢分子生成过程。因此，这两个不同过程的协同作用大大提高了电解-氢演化的效率。研究结果表明，与传统的铂碳催化剂相比，三金属混合纳米催化剂的催化活性提高了7.9倍。此外，这种新型催化剂还具有显著的稳定性，即使在反应时间长达50小时后仍能保持较高的催化活性。这就解决了异质界面之间的功能干扰或碰撞问题。领导这项研究的InSuLee教授乐观地表示："我们成功地开发出了在混合材料上形成的和谐异质界面，克服了工艺上的挑战。我希望研究成果能广泛应用于氢反应催化材料的开发。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1390121.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1390121.htm

科学家发现最原始的光氧化催化剂 为原始大气与生命的产生提供转化支持

科学家发现最原始的光氧化催化剂为原始大气与生命的产生提供转化支持太阳是地球上第一批生化分子的关键动力，它与催化剂一起促进了关键反应，加快了化学过程。一组研究人员最近证明，氨和甲烷等离子体相互作用产生的一种物质有可能利用光能促进胺到亚胺的转化。这种机制可能是最早的生物分子形成的重要原因。这些发现最近发表在《AngewandteChemie》杂志上。30至40亿年前，在原始地球上，第一批生物分子正在生命爆发之前形成。然而，这些早期化学反应需要催化剂。王新晨和中国福州大学的一个研究小组发现，原始大气本身就可以作为这些催化剂的来源。研究小组利用甲烷和氨气（它们很可能存在于笼罩着太古宙的高温气体混合物中），使用化学气相沉积法生产出含氮碳化合物作为可能的催化剂。他们发现，在反应室中，分子从氨气和甲烷等离子体中凝结到表面，迅速生长形成一种类似于掺氮石墨的固态含氮碳聚合物。研究小组观察到，不规则结合的氮原子赋予了这种聚合物催化活性位点和电子结构，使其能够被光激发。研究人员随后转而证明这种物质在光的作用下可以还原或氧化其他物质的程度。早期地球上最重要的反应之一可能是亚胺的形成。亚胺又称希夫碱，是胺的一种脱氢形式，胺是由碳、氮和氢组成的化合物。许多化学家认为，在原始地球上，亚胺可能参与了第一代遗传分子核糖核酸（RNA）的形成。王和他的团队可以证明，他们的等离子催化剂可以利用阳光将胺转化为亚胺。研究小组说，基于氮化碳的光催化剂，如等离子体产生的物质可以持续数百万年，并产生重要的化学中间体。此外，它们还可以作为含碳和含氮化合物的来源。通过证明仅利用早期地球大气中存在的气体和条件就有可能产生这种催化剂，这项研究为生物分子可能的进化路径提供了新的启示。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1381745.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1381745.htm

约翰霍普金斯大学的科学家们设计出能打破对称的合成细胞

约翰霍普金斯大学的科学家们设计出能打破对称的合成细胞艺术家们利用显微镜图像和图形渲染，展示了一个能够感知定向化学线索并自我组织响应的最小合成细胞。图片来源：约翰-霍普金斯大学医学院井上实验室，由ShivaRazavi和TurhanPathan创作，经编辑了解对称性破坏细胞运动之前的一个步骤是打破对称，当细胞分子最初对称排列时，通常在受到刺激后重组为不对称的模式或形状。这类似于迁徙的鸟类在对阳光或地标等环境指南针做出反应时转变为新的队形，从而打破对称。在微观层面上，免疫细胞会感知集中在感染部位的化学信号，并打破对称，穿过血管壁到达受感染的组织。当细胞打破对称性时，它们会转变为极化和不对称结构，为向目标移动做好准备。"对称性破缺的概念对生命至关重要，影响着生物学、物理学和宇宙学等多个领域，"在约翰-霍普金斯大学攻读研究生时领导这项研究的希瓦-拉扎维（ShivaRazavi）博士说，他在约翰霍普金斯大学攻读研究生时领导了这项研究，现在是麻省理工学院的博士后研究员。"了解对称性破缺是解开生物学基本原理和发现如何利用这些信息来设计治疗方法的关键。"长期以来，人们一直认为找到在合成细胞中模仿和控制对称性破坏的方法对于了解细胞如何检测其化学环境并重新排列其化学轮廓和形状至关重要。在这项研究中，科学家们创造了一个带有双层膜的巨大囊泡--一个由磷脂、纯化蛋白质、盐和提供能量的ATP组成的裸体简化合成细胞或原细胞。原细胞呈球形，因此被昵称为"泡泡"。在实验中，科学家们成功地设计出了具有化学感应能力的原细胞，它能促使细胞打破对称性，从一个近乎完美的球体变成一个凹凸不平的形状。研究人员说，该系统专门设计用于模仿免疫反应的第一步，能够根据中性粒细胞感知到的周围蛋白质发出攻击病菌的信号。拉扎维说："我们的研究展示了类细胞实体如何能够感知外部化学线索的方向，模拟生物体内的条件。通过从零开始构建类细胞结构，我们可以更好地识别和理解细胞以最简化的形式打破对称性所需的基本组成部分。"给药领域的未来应用科学家们说，有朝一日，化学传感可用于体内靶向给药。约翰-霍普金斯大学医学院细胞生物学教授、细胞动力学中心主任、资深作者井上隆成（TakanariInoue）博士说："我们的想法是，可以把任何你想要的东西--蛋白质、RNA、DNA、染料或小分子--打包到这些气泡中，利用化学传感告诉细胞该去哪里，然后让细胞在预定目标附近破裂，这样药物就能被释放出来。"为了激活囊泡的化学感应能力，研究人员在合成细胞中植入了两种作为分子开关的蛋白质--FKBP和FRB。蛋白质FKBP被置于细胞中心，而FRB则被置于细胞膜上。当科学家们在气泡细胞外引入一种化学物质--雷帕霉素时，FKBP就会移动到细胞膜上与FRB结合，从而引发一种叫做肌动蛋白聚合的过程，也就是合成细胞骨架的重组。在原细胞内部，化学反应产生了由肌动蛋白组成的杆状结构，对细胞膜施加压力，使其弯曲。研究人员使用了一种名为共聚焦显微镜的专门快速三维成像技术来记录原细胞的化学感应能力；他们必须以每15到30秒一帧的速度快速记录图像，因为原细胞会对化学信号做出快速反应。下一步，研究人员的目标是让这些合成细胞具备向所需目标移动的能力。最终，研究人员希望设计出的合成细胞能在靶向药物输送、环境传感以及其他需要精确移动和对刺激做出反应的领域中发挥重要的潜在应用。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1434518.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1434518.htm