琥珀酰胆碱(SC)是一种广泛应用于临床的去极化型肌肉松弛剂, 但若使用不当, 可能引发心律失常, 严重时甚至危及患者生命. 此外, SC也被一些不法分子用于非法活动. 因此, 迅速检测SC对于临床治疗和保障公共安全极为重要. 然而, 目前能够快速检测SC的有效方法相对匮乏. 开发了一种基于大环化合物的荧光指示剂置换分析传感器, 通过酰胺萘管与SC之间的特异性分子识别实现了对SC的快速荧光检测. 该传感器灵敏度极高, 检测限低至1.1 μmol/L, 检测范围为1.1~60 μmol/L, 还展现出卓越的选择性和稳定性. 此外, 该传感器能够精确测定血清等生物样本中的SC含量. 该研究为复杂样本中SC的快速准确检测提供了新方法, 并为毒素的快速识别和检测开辟了新视野.

为实现利用小分子组装体将短链DNA高效递送进细胞内的目标, 制备了四个基于甘脲的两亲性分子夹M1~M4. 分子夹的凸面带有两个甲基, 其分子骨架具有高疏水性. 每个分子带有四个阳离子亲水基团, 因此具有两亲性特征, 在水中受疏水作用驱动聚集形成纳米颗粒. 动态光散射实验表明, M1和M2可以被疏水驱动, 在微摩尔浓度就可以聚集形成极其稳定的纳米颗粒. 荧光滴定和电动电位实验显示, 由M1和M2形成的纳米颗粒受离子静电吸引作用驱动, 能够有效吸收和包埋短链DNA. 荧光成像和流式细胞术研究揭示, 该纳米组装体能够将包封的DNA递送到正常细胞和癌症细胞中, 递送率最高达到94%. 体外实验表明, 这两个化合物具有良好的生物相容性和低细胞毒性.

螺烯型化合物因具有独特的手性特性而备受关注, 但获得其单一对映体通常需要耗时且昂贵的手性拆分. 此外, 这类化合物的手性光学响应通常局限于紫外光区. 针对这些问题, 提出了一种简便的策略: 通过在β-异靛蓝骨架氮杂-氟硼二吡咯(BODIPY)类似物(BIABs)母核结构的外围引入光学纯的联萘酚基团, 制备了6个具有光学活性的化合物. 所得的(R)/(S)-联萘酚-BIABs不仅表现出优异的光稳定性, 还展现出深红光发射、显著的科顿效应(Δε)以及高吸收不对称因子(g_abs)等特点. 同时, 这些化合物在深红区域实现了可调控的圆偏振发光(CPL), 并具有较高的CPL发光亮度. 该策略为光学活性化合物的合成提供了一种通用性强、操作简便的新途径.

以硅杂吖啶(DPDBA)和咔唑衍生物作为电子给体、苯甲酮作为电子受体构筑给体-受体-给体(D-A-D')型分子, 开发了三个蓝光材料. 对材料的热稳定性、电化学性质、单晶结构、光物理性质和电致发光性能等进行了系统研究. 三个材料具有较小的单线态-三线态能级差以及微秒级别的延迟荧光寿命, 并表现出显著的聚集诱导延迟荧光(AIDF)特性. 以这些材料作为发光层制备的有机发光二极管(OLED)的最大外量子效率(EQE)达到14.8%, 发光峰在474~476 nm. 由于这些AIDF分子具有良好的双极载流子传输性能, 将这些材料作为主体材料制备了不同光色的磷光OLED器件, 器件表现出较为优秀的性能, 其中黄光和绿光器件的EQE分别为25.5%和21.2%, 在1000 cd•m⁻²亮度下效率滚降非常小. 因此, 所制备的这些AIDF分子可分别作为发光材料和主体材料用于高性能OLED器件的制备, 具有较好的应用前景.

不对称合成是有机化学最重要和最有价值的前沿领域之一. 近年来, 随着有机电化学的复兴和蓬勃发展, 利用电化学的优势, 拓展不对称催化的反应类型、活化模式、成键体系以及底物的适用范围, 为完成传统化学难以实现或者无法实现的不对称转化带来新的契机. 因此, 发展新型、高效、精准和可持续的电化学不对称合成策略, 具有重要的研究意义. 尽管具有诸多优势并取得了关键进展, 不对称电化学合成依然极具挑战性, 高对映选择性电化学转化的例子报道相对较少. 近年来, 国内外有机化学领域的学者们在电化学不对称催化领域开展了一系列原创性的研究工作, 取得了令人瞩目的成果. 全面梳理了过渡金属、有机小分子、生物酶、手性电极、手性电解质、手性溶剂和手性辅助剂参与的不对称电化学合成及其相关的反应机理; 概述了不对称有机电化学合成领域的理论创新、技术突破和困难挑战; 并展望了该领域的未来发展趋势.

硫代糖因具有优良的生物活性在生物医药领域备受关注, 化学合成是得到硫代糖的重要途径. 采用6-膦酸酯- 3,4-碳酸酯半乳烯糖和硫酚为原料, 分别以Pd₂(dba)₃和NiBr₂为催化剂调控了1β-芳基硫代糖和(3R)-芳基硫代糖的区域和立体选择性合成. 目标化合物的结构通过核磁共振、高分辨质谱和单晶X射线衍射进行了表征. 该合成方法对各类官能团取代的硫酚都有良好的兼容性, 可用于活性天然产物的硫糖基化修饰, 为1β-/(3R)-芳基硫代糖化合物库的快速构建和药物发现提供了新方法.

为发现具有良好生物活性的吡咯类新农药候选化合物, 基于高效杀虫杀螨剂虫螨腈(Chlorfenapyr)化学结构, 采用活性亚结构拼接法, 设计并合成了3种关键中间体吡咯-2-甲酸和26种新型吡咯类化合物, 通过改变吡咯环N位取代基, 探究不同取代基对吡咯类化合物生物活性的影响. 生物活性测试结果表明, 大部分化合物对小菜蛾(Plutella xylostella)和甜菜夜蛾(Spodoptera exigua Hiibner)表现出良好的杀虫活性, 部分化合物对朱砂叶螨(Tetranychus cinnabarinus)表现出一定程度的杀螨活性. 其中3-溴-1-(丁氧基甲基)-5-(4-氯苯基)-4-氰基-N-(2,4-二甲基苯基)-吡咯-2-甲酰胺(6r)、3-溴-5-(4-氯苯基)-4-氰基-1-乙基-N-(2-甲基-4-全氟丙烷苯基)-吡咯-2-甲酰胺(6v)和3-溴-5-(4-氯苯基)-4-氰基-N-(2,5-二氯-4-(1,1,2,3,3,3-六氟丙氧基)苯基)-1-乙基-吡咯-2-甲酰胺(6z)在浓度为100 mg•L^－1下, 杀虫效果与除虫脲相近, 低于虫螨腈的杀虫杀螨活性, 杀螨效果优于商品化杀螨剂炔螨特.

发展了一种区域选择性的喹喔啉酮3-位氧化偶联富电子吡咯衍生物的方法. 以$\text{Mes-Acr-M}{{\text{e}}^{\text{+}}}\text{ClO}_{\text{4}}^{-}$(3 mol%)为光敏剂, 空气氧为氧化剂, 高收率得到喹喔酮与吡咯衍生物的氧化偶联产物. 该方法底物的官能团适用范围广, 反应高效绿色, 可快速构建基于喹喔啉酮-吡咯衍生物的药物分子库. 相同测试条件下的Stern-Volmer荧光淬灭实验表明, 缺电子芳烃1-甲基喹喔啉酮对光敏剂的淬灭速率常数K_q=1.2×10⁹ L•mol^-1•s^-1, 而富电子芳烃1-甲基吡咯/1-甲基吲哚的淬灭常数约为1.06~1.07×10¹⁰ L•mol^-1•s^-1, 后者的荧光淬灭速率几乎是前者的10倍.

稠环芳烃具有独特的电子性质和光学性质, 在有机光电材料领域应用广泛. 向稠环芳烃骨架中引入杂原子可改变其电子结构, 进而改变其物理、化学、光、电和磁等性质. 在众多的杂原子中, 氮原子是稠环芳烃中最常见的掺杂原子. 呜拉嗪是芘的等电子体, 又称吲哚并[6,5,4,3-ija]喹啉, 是一种新型氮杂稠环芳烃. 近年来, 呜拉嗪在染料敏化太阳能电池等领域表现出了潜在应用, 随后有关呜拉嗪的合成方法研究备受关注. 总结了近年来呜拉嗪及其衍生物的主要合成方法.

很多功能性有机分子在水中溶解度很小, 限制了它们的实际应用. 水溶性主体的包结是提高有机分子水溶性的重要手段, 但要获得显著的增溶效果, 一般需要主体分子具有很高的浓度. 报道了一种梯度增溶新策略, 即利用一种高水溶性多孔聚合物富集另一个具有增溶作用的主体分子, 提高其局部有效浓度, 实现其增溶作用增强的目的. 为此利用一个水溶性正离子型超分子有机框架, 吸收富集负离子型杯[5]芳烃, 实现了杯[5]芳烃对C₆₀、C₇₀、二茂铁、1,1'-二甲二茂铁及1,1°-二溴二茂铁的增溶作用的进一步提高, 通过吸收富集开环葫芦脲, 实现了后者对紫杉醇, 多西他赛和卡巴他赛的水溶性的进一步提高.

为探索紫精正离子自由基线性分子的水相构象和簇集, 制备了一系列具有不同长度和连接基团的水溶性紫精寡聚体. 重水中¹H NMR实验显示, 在水中葫芦[7]脲(CB[7])及葫芦[8]脲(CB[8])包结其对-二甲基苯单元而不是联吡啶单元. 紫外可见吸收实验表明, 在连二亚硫酸钠水溶液中, 线性分子的紫精基团被还原为相应的正离子自由基, 分子骨架通过折叠发生堆积形成褶皱型二聚体, 并导致自由基堆积三聚体络合物的形成. 动态光散射实验揭示, 这些自由基受疏水作用驱动通过折叠构象形成稳定的二聚体, 再进一步堆积形成纳米尺寸的簇集体. 加入葫芦[7]脲导致这些折叠体的紫精正离子自由基与葫芦[7]脲形成1:1包结络合物, 从而诱导纳米簇集结构解聚. 而CB[8]也可以通过与紫精正离子自由基形成1:2包结络合物, 促使纳米簇集体和折叠体的解聚. 在线性分子中引入刚性连接基团可以进一步促进其正离子自由基的堆积. 尽管线性紫精正离子自由基结构在乙腈中堆积形成折叠体二聚体文献已有报道, 本项研究揭示这类分子在水中的堆积进一步增强, 其折叠体二聚体可以进一步堆积, 形成纳米尺度的簇集体.

以非均相NiGa层状双金属氧化物(Ni₃Ga-LDO)为催化剂, 催化异色满与芳伯胺的碳氮偶联反应, 可以较高收率获得碳氮偶联产物. 该催化体系对多种芳伯胺具有较好的适用性. 研究结果表明, 镍物种在氧化偶联过程中起关键作用, 且催化剂具有较优的催化和结构稳定性. 本方法为构建碳氮键提供了一种有效的替代方法.

作为开发新型有效抗癌药物的进一步工作, 采用分子杂交策略和路易斯酸催化偶联反应设计合成了一系列新型喹啉-吲哚类化合物. 使用噻唑蓝(MTT)法评估了所合成的化合物对人胃癌细胞(MGC-803)、人食管癌细胞(Kyse450)和人结肠癌细胞(HCT-116)的体外抑制活性. 其中, 2-氯-4-(5-甲氧基-1H-吲哚-3-基)喹啉(9b)展示较好的体外抗肿瘤活性, 对MGC-803、Kyse450和HCT-116三种人源癌细胞IC₅₀值分别为0.58, 0.60和0.68 µmol•L^–1, 优于阳性对照药5-氟尿嘧啶(5-Fu)对这三种肿瘤细胞的抑制活性. 进一步机制研究表明, 化合物9b能够剂量依赖地抑制人胃癌细胞MGC-803和HGC-27的增殖和克隆形成. 化合物9b能够诱导人胃癌细胞MGC-803和HGC-27内源性凋亡和下调相关凋亡蛋白的表达, 并使细胞周期阻滞在G2/M期. 以上结果表明, 化合物9b可以作为先导化合物, 用于进一步研究开发新型高效抗肿瘤药物.

报道了六个分子内氢键诱导的芳香酰胺折叠体的合成, 其多步合成中最后一步都通过形成腙键完成. 所有分子的两端都引入三氟一碘代苯作为卤键供体及吡啶作为卤键受体. 分子间形成的I…N卤键及其它卤键被用于调控折叠体骨架在固体中的自组装结构. 晶体结构揭示, 分子间卤键可以诱导不同分子形成扩展的之字形阵列, 二聚体大环和超分子螺旋结构. 当分子两端的卤键供体和受体平行排列时, 折叠体倾向于形成超分子二聚体大环. 长的四聚体和五聚体折叠结构两端的卤键供体和受体形成大的夹角, 展示出不同的卤键模式. 两个分子的端位碘原子与甲醇或水形成I…O卤键, 其中一个五聚体分子与甲醇通过卤键形成超分子单股螺旋结构. 另一个五聚体通过分子间I…O=C卤键形成另一种超分子单股螺旋. 两个单股螺旋进一步相互堆积, 形成新的超分子双股螺旋阵列.