专家综述与展望
收稿日期:收稿日期:2002-09-22
作者简介:汪秋安(1962—
),男,博士研究生,副教授,主要从事药物合成和天然有机化学研究。不对称催化合成技术及其最新进展
汪秋安,麻秋娟,汤建国
(湖南大学化学化工学院,湖南长沙410082)
摘 要:综述了不对称催化合成技术的两种方法———化学不对称催化法和生物不对称催化法在合成手性药物、农药、香料和食品添加剂等方面的应用进展。关键词:不对称催化;手性药物;合成;应用
中图分类号:O62113+4;TQ426194 文献标识码:A 文章编号:1008-1143(2003)05-0001-06
Latest advances in chiral catalysis and its application
W A N G Qi u 2an ,M A Qi u 2j uan ,TA N G Jian 2guo
(School of Chemistry &Chemical Engineering ,Hunan University ,Hunan
Changsha 410082,China )
Abstract :Advances in application of chemical and biological chiral catalysis in synthesis of chiral medicines ,pesticides ,perfume and food additives were reviewed.K ey w ords :chiral catalysis ;chiral medicine ;synthesis ;application
C LC numb er :O62113+4;TQ426194 Docum ent cod e :A A rticle I
D :1008-1143(2003)05-0001-06
1 不对称催化技术的兴起
1.1 手性药物的重要性
手性是自然界最重要的属性之一,也是生命物质区别于非生命物质的重要标志。自然界中构成生命体的基础物质核苷酸、氨基酸和单糖以及由它们构成的生物大分子核酸、蛋白质和糖类都具有独特的手性特征。许多物理、化学、生物功能的产生都起源于分子手征性的精确识别和严格匹配,例如酶催化的高度化学、区域和立体选择性作用,手性药物的手性对其生物应答关系等。
手性直接关系到药物的药理作用、临床效果、毒副作用、药效发挥及药效时间等。正是由于药物和其受体之间的这种立体选择性作用,使得药物的一对对映体不论是在作用性质还是作用强度上都会有差别。在20世纪60年代,欧洲曾以消旋体的反应停(Thalidomide )作为抗妊娠反应的镇静剂,一些妊娠妇女服用此药后,出现多例畸变胎儿。后经研究
证实(R )2构型才真正起镇静作用,而(S )2构型则有强致畸作用。其它一些手性药物的另一异构体表现不良作用的例子见表1。在农业化学品中,手性问题同样重要,如芳氧基丙酸类除草剂fluazifop 2buty ,只有(R )2异构体是有效的。
大量的事实和惨痛的教训使人们认识到,对于手性药物,必须对它们的立体异构体进行分别考察,了解它们各自的生理活性和各自的毒性等。美国FDA 1992年提出的法规就要求申报手性药物时,应
该对它的不同异构体的作用叙述清楚[1]。在药物(包括农药)中,手性化合物的重要性主要在于以下
几点:(1)不同立体异构体展现不同的生理活性,有的无效异构体可能是极其有害的;(2)新医药、新农药,如各种抑制剂、阻断剂、拮抗剂等对手性的要求越来越严格;(3)环境保护问题得到普遍重视,减少不必要异构体生产就意味着减少对环境的污染,同时也能降低生产成本。
近年来,手性药物的应用越来越广泛,按1998
2003年5月第11卷第5期 工业催化INDUSTRIAL CA TAL YSIS
May 2003
Vol.11 No.5
年的统计,全球最畅销的500种药物中,单一对映异构体药物占一半以上,占其总销售额的52%。1995年全球手性药物的年销售总额为614亿美元, 1997年达到900亿美元,到2000年已达到1230亿美元。在这样规模的市场推动下,世界各大制药公司纷纷把注意力转向单一对映异构体药物的开发,同时一大批中小公司也加入其中,形成手性技术的开发热潮。
表1 手性药物的不良异构体的毒副作用
T able1 Examples of side effects caused b y harmful isomers in some chiral medicines 药品名称 有效异构体 不良异构体 多巴(Dopa) (S)2异构体,治疗帕金森症 (R)2异构体,严重副作用 氯胺酮(K etamina) (S)2异构体,麻醉剂 (R)2异构体,致幻剂
青霉素胺(Pexicillamine) (S)2异构体,治疗关节炎 (R)2异构体,突变剂
心得安(Propranol) (S)2异构体,治疗心脏病 (R)2异构体,致性欲下降 乙胺丁醇(Ethambutol) (S,S)2异构体,治疗结核病 (R,R)2异构体,致盲
1.2 手性技术的发展
自19世纪Fischer开创不对称合成反应研究领域以来,不对称反应技术得到了迅速的发展。其间可分为四个阶段:(1)手性源的不对称反应(chiral pool);(2)手性助剂的不对称反应(chiral auxil2 iary);(3)手性试剂的不对称反应(chiral reagent);
(4)不对称催化反应(chiral catalysis或asymmetric catalytic reaction)。传统的不对称合成是在对称的起始反应物中引入不对称因素或与非对称试剂反应,这需要消耗化学计量的手性辅助试剂。不对称催化合成一般指利用合理设计的手性金属配合物(催化剂量)或生物酶作为手性模板控制反应物的对映面,将大量前手性底物选择性地转化成特定构型的产物,实现手性放大和手性增殖。简单地说,就是通过使用催化剂量级的手性原始物质来立体选择性地生产大量手性特征的产物。它的反应条件温和,立体选择性好,(R)2异构体或(S)2异构体同样易于生产,且潜手性底物来源广泛,对于生产大量手性化合物来讲是最经济和最实用的技术。因此,不对称催化反应(包括化学催化和生物催化反应)已为全世界有机化学家所高度重视,特别是不少化学公司致力于将不对称催化反应发展为手性技术(chirotech2 nology)和不对称合成工艺。2001年诺贝尔化学奖就授予在不对称催化氢化、和不对称催化氧化方面做出突出贡献的Knowles K W、野依良治和Sharp2less K B三位化学家。
2 化学不对称催化合成技术及其工业应用化学不对称催化合成反应的研究开始于20世纪60年代。1966年,野依良治设计了以希夫碱与铜合成的络合物催化剂,进行均相不对称催化环丙烷化反应,开创了首例均相不对称催化反应的先河。1968年,化学家Knowles和Horner几乎同时将手性膦配体引入Wilkinson催化剂,成功地实现了不对称催化氢化反应[2],1980年,Sharpless首次报道了用手性钛酸酯及过氧叔丁醇对烯丙基醇进行不对称环氧化[3]。近三十年来,化学不对称催化合成得到快速发展。
2.1 不对称催化氢化反应
不对称催化氢化反应是在手性催化剂作用下,氢分子将含有碳碳、碳氮、碳氧双键的烯烃、亚胺和酮类等前手性底物加成转化为手性中心含氢的产物的反应。Knowles等制得手性膦2铑催化剂用于不对称氢化反应,这是世界上第一个在工业上使用的不对称催化反应。
2.1.1 L2多巴(L2Dopa)的合成[4]
20世纪70年代中期,孟山都公司(Monsanto)成功运用Knowles的不对称催化氢化技术工业合成了治疗神经系统帕金森病的药物———左旋多巴(L2 Dopa),其合成路线见图1。
2 工业催化 2003年第5期
图1 不对称合成L 2Dopa
Figure 1 Asymmetric synthesis of L 2Dopa
DIPAMP 的结构式为
:
2.1.2 (S )2萘普生(Naproxen )的合成[5]
20世纪80年代,孟山都公司开发了一种非甾体高效消炎解热镇痛药(S )2萘普生,目前年销售额
达10亿美元,其关键步骤也是不对称催化氢化反应,见图2
。
图2 不对称合成S 2萘普生
Figure 2 Asymmetric synthesis of S 2N aproxen
(R )B INAP 2Ru 的结构式为
:
2.1.3 抗生素Carbapenems 的合成[6]
20世纪90年代,日本高砂公司与美国Merck 公司合作,利用野依良治等的不对称催化氢化专利每年生产120t β2lactam 中间体,用于合成新药抗生素Carbapenems 。 2.1.4 食品甜味剂Aspartame 的合成[7]
Anic S.P.A 公司及埃尼化学公司(Enichem )
运用Rh 2手性双胺膦催化氢化生产苯丙氨酸,再与天冬氨酸反应制天冬氨酰苯丙氨酸甲酯,即阿斯巴甜Aspartame ,见图3
。
图3 不对称合成阿斯巴甜
Figure 3 Asymmetric synthesis of Aspartame
2003年第5期 汪秋安等:不对称催化合成技术及其最新进展
3
2.2 不对称催化氧化反应
双键不对称催化氧化在手性药物生产中具有重
要地位,它包括不对称环氧化和不对称双羟基化。2.2.1 心得安(S 2Propanol )的合成[8]
1989年,Sharpless K B 通过不对称催化环氧化
反应使烯丙醇环氧化,生产手性缩水甘油,年产量约为10t 。后者可转化为治疗心脏病和高血压的β2肾上腺素能受体阻滞剂心得安(S 2Propanol ),而(R )2对映体则具有避孕效果,Arco 开发了工业生产工艺,见图4。
图4 不对称合成S 2心得安
Figure 4 Asymmetric synthesis of S 2Propanol
2.2.2 合成Disparlure 昆虫信息素[9] 对付虫害的一个新策略是使用性引诱素。J.T.Baker 公司于1985年采用Sharpless 催化环氧化体
系使十三碳烯丙醇环氧化(光学纯度90%～95%),再经三步合成环氧十九烷昆虫信息素(Disparlue )。2.2.3 紫杉醇(Taxol )边链合成[10]
1988年,Sharpless 用手性配体金鸡纳碱与四氧
化锇进行烯烃的不对称催化双羟基化反应,现已成功用于抗癌药物紫杉醇边链的不对称合成。2.3 不对称催化环丙烷化反应[11]
光学活性的环丙烷类化合物具有重要的生物活性。工业上主要利用不对称环丙烷化反应合成除虫菊酯或生产拟除虫菊酯类农药,如20世纪90年代日本住友公司开发了二肽抑制剂Ciclastatin ,它是一种重要的新型农药,具有对害虫杀灭作用快、对人类和哺乳动物低毒的优点。
2.4 不对称催化羰基还原反应[13]
Corey 小组用口恶唑硼烷作催化剂制备手性α2羟
基酸和手性α2氨基酸等重要原料。Merck 公司则利用手性硼烷对酮进行不对称还原,制得手性醇,然后进一步反应得到水溶性的碳酸酐酶阻滞剂M K 20417,它可降低眼球内压力,用于治疗青光眼疾病。2.5 不对称催化羰基合成反应[13]
羰基合成是一类重要的有机合成反应,可合成醛、醇、酸类手性化合物,这些手性分子均为合成手性药物和农药的中间体,如20世纪90年代Boots
等公司利用手性催化剂[Pd (TPTS )3]开发出一种消炎镇痛解热新药布洛芬(Ibuprofen ,BHC )。2.6 不对称双键转移反应合成L 2薄荷醇[14]
薄荷醇有三个手性碳,具有特征香味和局部麻
醉作用,多以天然产物为原料制备。日本高砂香料公司采用化学合成法,其中烯丙基胺在Rh 2B INAP 催化剂上发生不对称双键转移异构化生成手性烯胺是关键的一步。每年生产9t L 2薄荷醇。其中间体香茅醛光学纯度最高可达99%,而天然香茅醛很少超过80%。高砂香料公司还运用手性催化技术生产其他萜类香精香料如香茅醇和铃兰香料等,年总产量约1500t 。
3 生物催化的不对称合成及其应用
生物催化的不对称合成是以微生物和酶作为催化剂、立体选择性控制合成手性化合物的方法,具有高区域和立体选择性、反应条件温和、环境友好的特点。有机合成和精细化工行业越来越多地利用生物催化转化天然或非天然的底物,获得有用的中间体或产物。然而,有些生物催化剂价格较高,并且对底物的适用有一定的局限性。目前,工业上一般采用化学2酶合成法,在某些合成的关键性步骤,采用纯酶或微生物催化合成反应,而一般的合成步骤则采用化学合成法,以实现优势互补。目前常用生物催化的有机合成反应主要有水解反应、酯化反应、还原反应和氧化反应等。
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工业催化 2003年第5期
3.1 酶催化的不对称水解反应在目前所使用的酶中,
大部分都是水解酶。这些酶用途广泛,而且不需辅酶便可以直接对反应起催化作用,并且对有机溶剂耐变力强,对手性化合物中常见的醇、羧酸、酯、酰胺和胺等均有较好的立体选择性,因此在有机合成中用来对外消旋醇、酸等底物进行动力学拆分,即利用酶或微生物催化外消旋化合物中两个对映体水解反应或酯交换反应的不同速度,达到拆分并获得两个光学活性产物的目的。目前在农药合成中应用最多的是菊酸和氰醇的拆分。1988年,Mitcuta 申请了工业化拆分菊酸及其前体的专利。50℃下,在NaOH 2Na 2CO 3缓冲溶液
中,用球形节杆菌或它们的脂酶对(±
)Cis 2t rans 22,22二甲基23(2,22二氯乙烯基)环丙烷羧酸酯的混合物进行处理,48h 后进行分离便可以得到光学纯度为100%的(+)2t rans 22,22二甲基23(2,22二氯乙烯基)环丙烷羧酸。地尔硫卓(ciltiazem ),又名硫氮卓酮,是一种钙通道拮抗剂,临床用于各种类型的心绞痛和轻、中度高血压的治疗。地尔硫卓分子中合有2个手性中心,化学合成法可得4种异构体,其中只有顺式(+)异构体作用最强。在化学2酶法生产工
艺中,采用脂肪酶拆分消旋体反式242甲氧苯基缩水甘油酸甲酯,得到(2R ,3S )242甲氧苯基缩水甘油酸甲酯,后者作为起始合成原料,可以直接合成手性顺式(+)地尔硫卓[15]。
3.2 生物催化的不对称还原反应
用于不对称还原反应的氧化还原酶须有辅酶参与。所需辅酶绝大多数是NDA (H )及其相应的磷酸酯NADP (H ),其价格昂贵并且回收代价高,所以一般利用全细胞(如酵母)反应,其特点是:(1)微生物细胞含有可以接受广泛非天然底物的各种脱氢酶、所有必需的辅酶和再生途径,辅酶循环由细胞自动完成;(2)只须加入少量廉价碳源即可;(3)酶和辅酶均保护于细胞环境中。
我国于20世纪70年代末使用Baker 酵母进行羰基不对称原反应,这是工业合成避孕药D 2182甲基炔诺酮的关键一步[16]。Trimegestone (RU 227987)是一种无雄性激素活性的去甲甾类仿孕酮化合物,是治疗更年期疾病的药物。啤酒酵母可以化学、区域以及几乎立体专一性地还原其三酮,得到所需的(S )2醇Trimegestone ,该关键合成步骤据称是首例啤酒酵母催化还原酮的工业应用[17]。
L 2肉碱(L 2Carnitine )又称维生素B T ,在体内的脂肪酸代谢中起着重要作用,它是国际公认的功能性食品添加剂,添加于婴儿奶粉、运动员饮料、老年营养保健品和减肥健美食品中。通常化学合成法得到外消旋体,而D 2肉碱非但没有生理活性,而且还是L 2肉碱的拮抗剂。r 2氯化乙酰乙酸辛酯经面包酵母还原作为关键步骤,再经两步常规反应可得L 2肉碱[18](图5)。
图5 不对称合成L 2肉碱
Figure 5 Asymmetric synthesis of L 2C arnitine
3.3 生物催化的不对称环氧化反应
手性环氧化合物是非常重要的手性中间体,这些中间体在手性药物、新型高效农药等方面有着广泛的应用价值。目前已发现几种酶可以催化形成环氧化合物,即血红素单氧化酶(即细胞色素P 2450)、ω2羟化酶、甲烷单氧化酶和卤素过氧化物酶。
ω2羟化酶广泛存在于许多微生物中,可以同时催化羟基化和环氧化反应。Shell 和G ist 2Brocades 公司利用微生物的ω2羟基酶对丙烯醚进行不对称环氧化,生成具有极高光学活性的(S )2环氧化物。
通过这些手性合成块可进行(S )2美托洛尔(Metropolol )和(S )2阿替洛尔(Atenolol )的工业合成[19]。
4 不对称催化合成反应新进展
不对称催化反应开始于20世纪60年代后期,而在90年代得到迅速发展,无论是在基础研究还是在开发应用上都取得了很大的战功。为了获得高对映选择性、高反应活性的催化剂,人们不断开发出新的手性配体,并提出许多新概念,如Corey E J 的化
2003年第5期 汪秋安等:不对称催化合成技术及其最新进展
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学酶(chemzyme)、Soai K的不对称自催化(asym2 metric autocatalysis)[20]、Kagan的双不对称诱导(double asymmetric induction)、Yamamoto H的BLA (Bronsted acid assisted Lewis acid)与LBA(Lewis acid assisted chiral Bronsted acid)、Shibasaki M的双金属多功能催化剂(heterobimetallic multifunctional catalysts)、Sharpless K B的手性配体促进(chiral lig2 and acceleration)等,以指导手性催化剂的设计。一般说来,为了获得高光学纯度的产物,通常采用光学纯的催化剂。最近Brown J M和Faller J W等[21]提出了“不对称去活化”(asymmetric deactivation)的方法,即采用手性分子作为去活化剂,使外消旋催化剂中的一种对映体被选择性地中毒而失去活性,另一种对映体则催化反应生成非外消旋产物。而Mikami K则提出了一种在概念上完全相反的策略,即“不对称活化”(asymmetric activation)。不对称活化是指一种手性甚至外消旋催化剂可以被另一种手性活化试剂通过分子识别对映选择性地活化,从而反应生成光学活性产物。例如野依良治以外消旋的TolB INAP2RuCl2作为催化剂,手性二胺(S,S)2 DPEN作为活化剂,催化潜手性酮的不对称还原反应,产物的对映体含量可达95%,收率100%,这样无需使用价格昂贵的光学纯手性催化剂,也取得了非常好的结果[22]。此外,1995年,Burk用Rh2 Duphos在超临界CO2(SCF)中对脱氢氨基酸成功地进行了催化氢化(光学纯度≥9618%)[23]。超临界CO2对环境无污染,后处理容易,对底物及H2溶解度大,更重要的是通过压力的微小变化可以改变溶剂的所有性质(密度,粘度,扩散性,流动性等),因而可以更好地适应反应的要求,是近几年来刚兴起的一种新的应用技术。
以前,生物催化总是被视为在医药工业具有潜在的应用价值。现在,生物催化不仅仅成为实验室进行不对称合战的有力手段,而且许多商品的生产已经利用了生物催化过程。展望21世纪的发展前景,以手性金属有机络合物为催化剂和以微生物及酶为催化剂的不对称催化技术必将比翼齐飞,充分发展,为人类作出更大贡献。
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6 工业催化 2003年第5期
不对称催化在有机化学中的应用 不对称催化反应是使用非外消旋手性催化剂进行反应的，仅用少量手性催化剂，可将大量前手性底物对映选择性地的转化为手性产物，具有催化效率高、选择性高、催化剂用量少、对环境污染小、成本低等优点。经过40年的研究，不对称催化已发展成合成手性物质最经济有效的一种方法。 不对称催化领域最关键的技术是高效手性催化剂的开发，因为手性催化剂是催化反应产生不对称诱导和控制作用的源泉。美国孟山都公司的Knowles和德国的Homer在1968年分别发现了使用手性麟一锗催化剂的不对称催化氢化反应，从此不对称催化反应迅速发展。近几十年来手性配体的开发是不对称催化领域最为关注的焦点，并已合成出上千种手性配体，其中BINAP和(DHQD)2PHAL等已实现工业化应用，对映选择性已达到或接近100％，在氢化、环氧化、环丙烷化、烯烃异构化、氢氰化、氢硅烷化、双烯加成、烯丙基烷基化等几十种反应中取得成功，同时在均相催化剂负载化、水溶性配体固载化等研究中也取得了突出成果。以下是不对称催化研究的一些实例。 一、脯胺酸及其衍生物催化的不对称Michael加成反应 Listd、组在2001年首次用脯氨酸作催化剂研究了不对称Michael成反应。以DMSO为溶剂进行催化反应，获得了较好的收率，但是选择性却很差。这与之前报道的脯氨酸催化的不对称Aldol反应相比，e.e值明显降低。 随后，2002年Endersd、组对该反应进行了进一步的探索。在筛选L．脯氨酸用量时，发现反应中实际起催化作用的是溶解于溶剂DMSO中的L．脯氨酸，为此于体系中加入一定量甲醇或以甲醇为溶剂来增大L．脯氨酸的溶解度，同时加大催化剂的用量，该反应的e．e．能够提高到57％，但是反应时间大大延长。 Leyd小组用脯氨酸衍生的四氮唑为催化剂17进行的不对称Michael反应，不仅克服了脯氨酸需要使用大极性的DMSO溶剂，而且还使e．e．值明显提高。研究表明，四氮唑环上H的酸性和脯氨酸的酸性相当，仍然是一个双功能型的催化剂。
超材料行业行动计划产业投资建设规划
超材料指的是一些具有人工设计的结构并呈现出天然材料所不具备的超常物理性质的复合材料，是21世纪以来出现的一类新材料，具备天然材料所不具备的特殊性质。其在声学、电学、磁学或光学等方面的材料特性是由基体和基体中的微结构共同决定的，而且微结构在其中起到了决定性的作用。超常的物理特性使得超材料的应用前景十分广泛，其应用范围覆盖了工业、军事、生活等各个方面。例如，电磁超材料可以用于隐身衣、电磁黑洞、慢波结构等元器件的制作，适用于吸波材料、智能蒙皮、雷达天线、通信天线，对未来的雷达、通信、光电子/微电子、先进制造产业以及隐身、探测、核磁、强磁场、太阳能及微波能利用等技术将产生深远的影响。 当前我国正处于全面建设小康社会的关键发展阶段，国内国际环境总体上都有利于我国加快发展。相关产业作与国民经济关联度比较高，随着推进工业化和城镇化进程，都将拉动相关产业的快速发展。 为加快区域产业结构调整和优化升级，依据国家和xx省产业发展规划，结合区域产业xx年发展情况，制定该规划，请结合实际情况认真贯彻执行。 第一部分规划思路
以产业转型升级为发展主线；以质量效率型、集约增长型为主要 发展方式；以创新驱动为主要发展途径。促进区域产业总体保持中高 速增长，产业迈向中高端水平，实现产业发展质量和效益全面提升。 第二部分原则 1、坚持融合发展。推进业态和模式创新，促进信息技术与产业深 度融合，强化产业与上下游产业跨界互动，加快产业跨越式发展。 2、协同发展，实现互利共赢。加强区域产业集中谋划，统筹产业 协同发展。创新产业合作模式，打破市场壁垒，推动要素自由流动， 构建多层次、宽领域的产业融合发展机制，实现优势互补、互利共赢。 3、因地制宜，示范引领。着眼区域实际，充分考虑经济社会发展 水平，逐步研究制定适合区域特点的能效标准。制定合理技术路线， 采用适宜技术、产品和体系，总结经验，开展多种示范。 第三部分产业发展分析 超材料指的是一些具有人工设计的结构并呈现出天然材料所不具 备的超常物理性质的复合材料，是21世纪以来出现的一类新材料，具 备天然材料所不具备的特殊性质。其在声学、电学、磁学或光学等方 面的材料特性是由基体和基体中的微结构共同决定的，而且微结构在 其中起到了决定性的作用。
Plastics. Computers. Metamaterials? 塑料。电脑。超材料？ Almost half a century after Dustin Hoffman was taken aside in “The Graduate” and given the famous “one word” line about the future, it may be time to update the script again. And metamaterials appear to have the same potential to transform entire industries. Over the past 15 years or so, scientists have learned how to construct materials that bend light waves, as well as radar, radio, sound and even seismic waves, in ways that do not naturally occur. 在电影《毕业生》(The Graduate)中，有人将达斯汀·霍夫曼(Dustin Hoffman)叫到一旁，对他说出了那句著名的“一个词”未来预言。现在距离电影上映已过去将近半个世纪，或许是时候更新剧本了。超 材料似乎也具有那种可以改变整个产业的潜力。在过去大约15年的时间里，科学家已经学会如何制造能够以非自然的方式使光波、雷达波、无线电波、声波，甚至地震波 弯曲的材料。 First theorized in 1967 by the Russian physicist Victor Veselago and invented in 1999 by a group led by the physicist David R. Smith, the new design approach was first seen as a curiosity that hinted at science fiction applications like invisibility cloaks. 俄罗斯物理学家维克托·韦谢拉戈(Victor Veselago)于1967年首次在理论上提出设想，物理学家戴维·R·史密斯(David R. Smith)领导的研究小组于1999年将理论转变为现实。 这种新方法起初被视作科幻小说中提到的稀奇之物，比如隐形披风。 But today, researchers have gained a better understanding of the science and are generating innovations in an array of fields, including radio antennas, radar, cosmetics, soundproofing and walls that help protect against earthquakes and tsunamis. 但如今，研究人员已经更好地了解了这项技术，正在各个领域进行创新，制造产品，比如无线电天线、雷达、化妆品、隔音材料，以及能抵御地震和海啸的墙壁。 Last year, the aircraft manufacturer Airbus announced that it was joining with Lamda Guard, a Canadian company, to test a metamaterial-based coating for cockpit windows to protect pilots in commercial aircraft from being blinded by laser pointers. 去年，飞机制造商空客(Airbus)宣布将与加拿大Lamda Guard公司合作，测试一种由 超材料制成的驾驶舱窗户保护层，以使商用飞机飞行员的视力免受激光指示器的影响。 A key innovation behind metamaterials is that they are constructed with subcomponents that are smaller than the wavelength of the type of radiation they are designed to manipulate. The precise, often-microscopic patterns can then be used to manipulate the waves in unnatural ways. 超材料背后的关键创新在于他们是
赵治亚：超材料高端装备 7月28日，中国电科发展战略研究中心与远望智库联合举办了“新挑战、新理念、新技术——未来战争研讨会”，来自权威机构共13名专家，对前沿科技和未来战争相关问题，进行全面深入解析，展开广泛交流和探讨。来自军方、国防工业部门以及科研院校近600人参加了会议。超材料高端装备赵治亚深圳光启高等理工研究院（在未来战争论坛上的报告） 感谢中国电科发展战略研究中心和远望智库提供这么好的 一个平台，我们大家进行思维的交流和互动。我们一直是从事于超材料的技术及装备的研究，我们想在这里从超材料，从材料的这个角度以及在国内外的应用情况和对未来战争 的影响。从这块跟大家分享一下我们的心得。概述 这块的特殊之处，因为超材料整个从概念到技术它还是一个相对来讲比较新的程度。而且它的成熟度尤其是以2006年开始为一个起点。所以从这个角度上来讲大家从美国也好，从中国也好，大家的起跑的时间是一致的。尤其是我们的几位院长，原来在美国的这个领域研发的核心团队，所以在这块我们更看重的是这个里面的发展的时间窗口。谁能更有效地把握住时间窗口，还有像上午专家所说的，更快地进行研究里面的迭代，谁就更有可能去把握先机影响到未
来的战场。图1 下面的报告想从三个方面跟大家简要地介绍一下。第一个可能大家对于超材料从原理到技术到应用可能还不是很熟悉。想对超材料进行一个电磁材料进行一个介绍。第二个主要是从国内外的超材料的发展还有超材料武器装备上面的发展 进行介绍，尤其是以国外的武器装备发展的情况为主。还有第三个也想简要地介绍一下我们对于未来装备发展，尤其是我们超材料能够在未来装备发展里面所产生的作用和影响。part 1 超材料介绍图2 图2比较好地介绍了超材料的基本的原理。根据我们的国家标准GJB 32005-2015这个标准里面的描述，超材料的定义是什么呢？就是一种特殊的复合材料或者是结构，通过对于材料的关键物理尺寸上进行有序的结构设计，来使它进行常规材料所不具备的这种超常物理性质。如果是针对电磁波的频谱，我们可以根据电磁波频谱工作的波长取这个波长的四分之一到二十分之一波长这 样的一个尺寸。比如在厘米级和毫米级的这样的一个尺寸我们对它进行人工的拓扑结构和排布方式进行一个设计，可以看到比如说类似于这样的二维的柔性的超材料，和三维的这种超材料的设计，从而达到一个传统的介质材料所不能达到的，对于电磁波的调控的影响。所以它的整个的超材料的核心就是针对于我所要工作的这个波长进行有序的结 构和排布设计，从而达到我们可以人工定制化地去调制电磁
超材料是通过在材料关键物理尺寸上的结构有序设计，突破某些表观自然规律的限制，获得超出自然界原有普通物理特性的超常材料的技术。超材料是一个具有重要军事应用价值和广泛应用前景的前沿技术领域，将对未来武器装备发展和作战产生革命性影响。 新型材料颠覆传统理论 尽管超材料的概念出现在2000年前后，但其源头可以追溯到更早。
1967年，苏联科学家维克托·韦谢拉戈提出，如果有一种材料同时具有负的介电常数和负的磁导率，电场矢量、磁场矢量以及波矢之间的关系将不再遵循作为经典电磁学基础的“右手定则”，而呈现出与之相反的“负折射率关系”。 这种物质将颠覆光学世界，使光波看起来如同倒流一般，并且在许多方面表现出有违常理的行为，例如光的负折射、“逆行光波”、反常多普勒效应等。这种设想在当时一经提出，就被科学界认为是“天方夜谭”。 随着传统材料设计思想的局限性日渐暴露，显著提高材料综合性能的难度越来越大，材料高性能化对稀缺资源的依赖程度越来越高，
发展超越常规材料性能极限的材料设计新思路，成为新材料研发的重要任务。 ● 2000年，首个关于负折射率材料的报告问世； ● 2001年，美国加州大学圣迭戈分校的科研人员首次制备出在微波波段同时具有负介电常数和负磁导率的超材料； ● 2002年，美国麻省理工学院研究人员从理论上证实了负折射率材料存在的合理性； ●2003年，由于超材料的研究在世界范围内取得了多项研究成果，被美国《科学》杂志评为当年全球十项重大科技进展之一。 此后，超材料研究在世界范围内取得了多项成果，维克托·韦谢拉戈的众多预测都得到了实验验证。 现有的超材料主要包括：负折射率材料、光子晶体、超磁材料、频率选择表面等。与常规材料相比，超材料主要有3个特征： 一是具有新奇人工结构； 二是具有超常规的物理性质； 三是采用逆向设计思路，能“按需定制”。 负折射率材料具有介电常数与磁导率同时为负值的电磁特性，电磁波在该介质中传播时，电场强度、磁场强度与传播矢量三者遵循负
不 对 称 合 成 的 发 展 与 应 用 专业:化学 姓名:史茹月 学号:2013296043
不对称合成的发展与应用 摘要:本文介绍了手性药物的重要性与类型;结合实例对不对称催化法合成手性药物作简要概述,尤其就是化学不对称催化技术,包括不对称催化氢化、羰基的不对称催化还原、不对称催化氧化、不对称环丙烷化、不对称催化羰基化及不对称催化加成反应等;展望了不对称催化反应在手性药物合成中的发展方向。 1、概述 手性就是自然界与生命休戚相关的基本属性之一。近年来,人们对单一手性化合物及手性功能材料的需求推动了手性科学的蓬勃发展,手性物质的合成与医药、农药、精细化工与材料科学的密切关系也显示出重要的应用前景。 近年来,研究者设计合成了一系列高选择性的手性配体与催化剂,其中螺环型手性配体已成为优势手性配体之一;她们发展了多个高选择性的不对称催化反应,并发展了手性催化剂负载化、分离回收新方法。 生命体系的大部分基本单元都就是手性分子,其所涉及的生命过程及相互作用也大多以手性方式进行。因此,具有生物活性的物质,如手性药物的对映体都以不同方式参与生命过程并对生物体产生不同的作用效果。 2、“完美合成化学”的重要途径 低成本、高药效的手性药物开发为不对称催化合成的发展提供了
巨大的吸引力,其广阔的市场需求更就是不对称催化发展的强劲动力。 人工合成就是获得手性物质的主要途径。外消旋体拆分、底物诱导的手性合成与手性催化合成就是获得手性物质的三种方法,其中,手性催化合成方法被公认为学术与经济上最为可取的手性技术,因而得到广泛的关注与深入的研究。因为一个高效的手性催化剂分子可以诱导产生成千上万乃至上百万个手性产物分子,达到甚至超过了酶催化的水平。 因此,如何设计合成高效、新型的手性催化剂,探讨配体与催化剂设计的规律,解决手性催化剂的选择性与稳定性,以及研究手性催化剂的设计、筛选、负载与回收的新方法,发展一系列重要的不对称反应就是该研究领域面临的新挑战。 3、科学基金布局手性合成研究 手性催化剂的研究目前还缺少系统的理性指导以及规律性可循,手性催化剂及高效催化反应的开发大都凭借经验、运气与坚持不懈的努力。因此,要实现手性催化反应的高选择性、高效率,需要从基础研究入手,通过理论、概念与方法的创新,解决这一挑战性问题。 上世纪80年代,我国科学家就开始注意到手性合成这一重要研究方向,并陆续有出色的成果出现。国家自然科学基金委员会适时组织了我国化学与生物学两个学科的研究人员,集中力量在手性药物的化学与生物学领域开展基础研究。 国家自然科学基金“九五”计划期间,由中国医学科学院药物研
催 化 剂 的 制 备 方 法 与 成 型 技 术 总 结 应用化学系1202班 王宏颖 2012080201
催化剂的制备方法与成型技术 一、固体催化剂的组成： 固体催化剂主要有活性组分、助剂和载体三部分组成： 1.活性组分：主催化剂，是催化剂中产生活性的部分，没有它催化剂就不能产生催化作用。 2.助剂：本身没有活性或活性很低，少量助剂加到催化剂中，与活性组分产生作用，从而显著改善催化剂的活性和选择性等。 3.载体：载体主要对催化活性组分起机械承载作用，并增加有效催化反应表面、提供适宜的孔结构；提高催化剂的热稳定性和抗毒能力；减少催化剂用量，降低成本。 目前，国内外研究较多的催化剂载体有：SiO2，Al2O3、玻璃纤维网（布）、空心陶瓷球、有机玻璃、光导纤维、天然粘土、泡沫塑料、树脂、活性炭，Y、β、ZSM-5分子筛，SBA-15、MCM-41、LaP04等系列载体。 二、催化剂传统制备方法 1、浸渍法 （1）过量浸渍法 （2）等量浸渍法（多次浸渍以防止竞争吸附） 2、沉淀法（制氧化物或复合氧化物）（注意加料顺序：正加法或倒加法，沉淀剂 加到盐溶液为正，反之为倒加） （1）单组分沉淀法 （2）多组分共沉淀法 （3）均匀沉淀法（沉淀剂：尿素） （4）超均匀沉淀法 （NH4HCO3和NH4OH组成的缓冲溶液pH=9） （5）浸渍沉淀法 浸渍沉淀法是在浸渍法的基础上辅以均匀沉淀法发展起来的，即在浸渍液中预先配入沉淀剂母体，待浸渍单元操作完成后，加热升温使待沉淀组分沉积在载体表面上。此法，可以用来制备比浸渍法分布更加均匀的金属或金属氧化物负载型催化剂。 （6）导晶沉淀法 本法是借晶化导向剂（晶种）引导非晶型沉淀转化为晶型沉淀的快速有效方法。举例：以廉价易得的水玻璃为原料的高硅酸钠型分子筛，包括丝光沸石、Y型、X型分子筛。 3、共混合法 混合法是将一定比例的各组分配成浆料后成型干燥，再经活化处理即可。如合成气制甲醇用的催化剂就是将氧化锌和氧化铬放在一起混合均匀（适当加入铬
[转载]西苑沙龙第一次会议——超材料技术发展战略研讨会召开 2013年5月8日，第一次西苑沙龙会议在北京西苑饭店召开。此次会议的主题为“超材料技术发展战略”。超材料是新材料技术发展的热点方向，备受科技界和产业界的关注。来自863计划新材料技术领域主题专家、科技界和工业部门等的14位专家参加了会议。 会议邀请了863计划新材料领域新型功能与智能材料专家组召集人周少雄教授，做了题为“超材料技术发展战略思考”的主题报告，并邀请深圳光启研究院刘若鹏院长等4位专家就工业级超材料技术的创建与发展、超材料在微波光波等领域应用、超材料与自然材料的融合等方面问题做了专题报告。与会专家就超材料概念、应用前景、面临的挑战、技术路线、发展重点等展开了热烈的讨论和争论，各抒己见，并就我国超材料技术发展战略与对策提出宝贵的意见和建议。 附： “西苑沙龙”是科技部高技术研究发展中心为了推动国家科技计划相关领域发展战略研究，举办的以西苑饭店为场地的系列科技发展战略和学术研讨沙龙活动。沙龙重点围绕高技术、基础研究及其学科交叉领域的发展前沿与趋势、重大应用和产业发展需求方面的重大问题，探讨科技前沿、讨论最新突破性进展，展望未来发展趋势。沙龙鼓励与会者本着“客观、求实，融合、创新”的原则，以客观求实的态度，发表自己的学术观点；鼓励和引导多学科交叉融合，激励创新思想。 德国研制出“隐热”衣让热“弯曲”传导 利用特殊的超介质材料让光线、声音绕过物体传播，能达到隐形、隐身的效果。据物理学家组织网5月9日（北京时间）报道，最近，德国卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）研究人员成功演示了超材料同样也能影响热的传导。他们的“隐热”衣能让热力“弯曲”似的、绕过中央的隐藏区而传导。相关论文发表在最近的《物理评论快报》上。 这种“隐热”衣是用铜和硅制造的一个盘子，盘子虽能导热但其中心的圆形区域却不会受热力影响。“这两种材料必须排列得十分巧妙。”论文第一作者、KIT的罗伯特·斯奇特尼解释说，铜是热的良导体，而所用的硅材料叫做PDMS，是一种不良导体。“我们给一个薄铜盘制作了多重环形花纹的硅结构，使它能从多个方向，以不同的速度来传导热量，这样绕过一个隐藏目标所需的时间就能互相弥补。” 如果给一个简单的金属盘的左边加热，热量会一致地向右传导，盘子的温度从左到右会呈下降趋势。如果用这种铜硅超介质材料来做这个实验，也会表现出类似现象，但却只在盘子外圈呈现温度从左到右的下降，没有热量能穿透到内部，在内圈没有任何被加热的迹象。
催化剂的制备方法及成型 一催化剂的制备方法 1.1浸渍法 将含有活性组分（或连同助催化剂组分）的液态（或气态）物质浸载在固态载体表面上。此法的优点为：可使用外形与尺寸合乎要求的载体，省去催化剂成型工序；可选择合适的载体，为催化剂提供所需的宏观结构特性，包括比表面、孔半径、机械强度、导热系数等；负载组分仅仅分布在载体表面上，利用率高，用量少，成本低。广泛用于负载型催化剂的制备，尤其适用于低含量贵金属催化剂。 影响浸渍效果的因素有浸渍溶液本身的性质、载体的结构、浸渍过程的操作条件等。浸渍方法有：①超孔容浸渍法,浸渍溶液体积超过载体微孔能容纳的体积,常在弱吸附的情况下使用；②等孔容浸渍法，浸渍溶液与载体有效微孔容积相等，无多余废液，可省略过滤，便于控制负载量和连续操作；③多次浸渍法，浸渍、干燥、煅烧反复进行多次，直至负载量足够为止，适用于浸载组分的溶解度不大的情况，也可用来依次浸载若干组分，以回避组分间的竞争吸附；④流化喷洒浸渍法，浸渍溶液直接喷洒到反应器中处在流化状态的载体颗粒上，制备完毕可直接转入使用,无需专用的催化剂制备设备;⑤蒸气相浸渍法，借助浸渍化合物的挥发性，以蒸气相的形式将它负载到载体表面上，但活性组分容易流失，必须在使用过程中随时补充。 1.2沉淀法 用淀剂将可溶性的催化剂组分转化为难溶或不溶化合物，经分离、洗涤、干燥、煅烧、成型或还原等工序，制得成品催化剂。广泛用于高含量的非贵金属、金属氧化物、金属盐催化剂或催化剂载体。沉淀法有： ①共沉淀法,将催化剂所需的两个或两个以上的组分同时沉淀的一种方法。其特点是一次操作可以同时得到几个组分，而且各个组分的分布比较均匀。如果组分之间形成固体溶液，那么分散度更为理想。为了避免各个组分的分步沉淀,各金属盐的浓度、沉淀剂的浓度、介质的pH值及其他条件都须满足各个组分一起沉淀的要求。 ②均匀沉淀法,首先使待沉淀溶液与沉淀剂母体充分混合，造成一个十分均匀的体系，然后调节温度，逐渐提高pH值，或在体系中逐渐生成沉淀剂等，创造形成沉淀的条件，使沉淀缓慢地进行，以制取颗粒十分均匀而比较纯净的固体。例如，在铝盐溶液中加入尿素，混合均匀后加热升温至90～100℃,此时体系中各处的尿素同时水解，放出OH-离子： 于是氢氧化铝沉淀可在整个体系中均匀地形成。 ③超均匀沉淀法,以缓冲剂将两种反应物暂时隔开，然后迅速混合，在瞬间内使整个体系在各处同时形成一个均匀的过饱和溶液，可使沉淀颗粒大小一致，组分分布均匀。苯选择加氢的镍／氧化硅催化剂的制法是：在沉淀槽中，底部装入硅酸钠溶液，中层隔以硝酸钠缓冲剂，上层放置酸化硝酸镍，然后骤然搅拌，静置一段时间，便析出超均匀的沉淀物。 ④浸渍沉淀法,在浸渍法的基础上辅以均匀沉淀法，即在浸渍液中预先配入沉淀剂母体，待浸渍操作完成后加热升温，使待沉淀组分沉积在载体表面上。 混合法多组分催化剂在压片、挤条等成型之前,一般都要经历这一步骤。此法设备简单，操作方便，产品化学组成稳定，可用于制备高含量的多组分催化剂，尤其是混合氧化物催化剂，但此法分散度较低。 混合可在任何两相间进行，可以是液-固混合(湿式混合)，也可以是固-固混合（干式混合）。混合的目的：一是促进物料间的均匀分布，提高分散度；二是产生新的物理性质(塑性)，便于成型，并提高机械强度。
２００１年第２ｌ卷第６期，４０３—４１２ 有机化学 ＣＭｎ＆＃Ｊ—ｄ０ｆ Ｏ瑁日ｔｌｉｃ ０ｌ咖ｌ奶－ Ｖｄ．２１．２００ｌ Ｎｏ６．４０３—４１２ 综述与进展 生物还原反应在手性药物不对称合成中的应用 魏志亮李祖义＋林国强 （中国科学院上海有机化学研究所上海２０００３２） 摘要药物分子的立体化学决定了其生物活性，手性已成为药物研究的一个关键因素。利用“环境友好”的微生物或酶催化方法进行手性药物的不对称合成已成为一个极其吸引力的方向。而微生物催化还原前手性羰基则可以不对称的得到手性的羟基．用于光学活性手性药物的台成。综述了近年来利用生物还原方法进行制备量和商业规模的不对称合成手性药物的进展。 关键词生物还原，手性药物，不对称合成，氧化还原酶 ＡｐｐＵ∞ｔｉｏｎｏｆＢｉｏｒｅｄｕｃｔｉｏｎｔｏｍｅＡｓｙｒｎ眦ｔｄｃＳｙｎｔｈ醯ｏｆＣｔｌｉｒａＪＤｎｌｇｓ ｗＥＩＺ１１ｉ出ａｎｇ，ｕｚｕ—Ｙｉ’，Ｌ州ｃｕｏ＿Ｑｉ鹕 （龋邮ｇ如ｉ胁曲如矿０ｒｇ衄站ｃ＾棚曲ｙ，ｃ＾ｉ懈ＰＡ，撕矿ｓ血，∞，２００雌２‰ｇｈｉ） Ａ概ｔＡｓ ｓｔｅｒｅｏｃｈｅｌｌｌｉｓ时ｉｎｄ１１唱ｌＴｌｏｌｅｃｕｌｅ鲫’ｅｍｓｉ协ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌａｃｔｉｖｉｌｙ，ｃｈｉｄ竹ｉｓｅｍｅｒｇｉｎｇａｓａｋｅｙｉｓｓｕｅｉｎｐｈ舢ｅｕｔｉｃａＩ瞅嘲ｒｃｈ．Ｉｔｈ越ｋⅪｏｍｅａＩＬｒ砒ｔｉｖｅｔ０越ｙＩｌｕｎｅｔｄｃａｌｌｙ８ｙＴｌⅡ描ｉｚｅｏｆｃｈｉｍｌｄｎｌ挚血ｒｏｕ曲“ｅｎｖｉｍｎ盯ｌｅｎ诅ｕｙｆｈｅｎｄｌｖ”ｂｉｏｔ哪ｓｆｏｍｌａｔｉｏｎｓ．Ｂｉｏｌ州ｕｃｔｉｏｎｏｆＤｍｃｈｉｒ甜ｋｅｔｏｎｅｓｃｏｕｌｄｅｎａＩｌｔｉｏｓｅｌｅｃｔｉｖｅｌｖ１ｅａｄｌｏｃｈｉＩａｌｄｃｏｈｏＩｓａｓｔｈｅｉｎｌｅ卜ｍｅｄｉａｔｅｓｉｎｆｕｒｔｈｅｒ８ｙｎ山ｅｓｉｓｏｆｄｌｉｍｌｄＩｌｌ夸．Ｔｈｉｓｒｅｖｉｅｗｃｏｖｅｒｓ山ｅ印ｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｂｉｏｒｅｄｕｃｔｉｏｎｔｏｔｈｅａｓｙｍｍ“。ｓｙｎｔｌｌｅ—ｓｉｓｏｆｐｈａＨｎａｃｏｌｏｇｉｃａｌＩｙａｃｔｉｖｅｃｏｍｐｏｕｎｄｓ０ｎａｌａｂｏｒａ【ｏｒｙａｎｄａｃｏｒｆⅢｌｅｌ℃ｉａｌｓｃａｌｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓｂｉｏｒｅｄｕｃｔｉｏｎ，ｃｈｉｌ甜ｄｎｌ挚，ａｓｙｒｒ删ｅⅡｙｓｙｎｔｈｅｓｉｓ，０ｘｉｄｏｒｅｄｕｃｔａｓｅ １引言 手性是自然界的本质属性之一。构成生命俸的 重要基础物质核苷酸、氨基酸和单糖，以及由它们构 成的生物大分子核酸、蛋白质和糖类等，都具有其独 特的手性特征。而生物体内的生理环境即是由这些 手性的大分于构成，这样在分子水平上具有很强的 手性特征。这使得对手性的小分子具有识别作用…。 在生物体的手性环境中，分子之间的严格手性匹配 是分子识别的基础。如酶的高度化学、区域、对映和 非对映催化选择性作用等；同样，药物的手性对其生 物应答关系．如药物在体内的吸收、转运、组织分配、 与活性位点的作用、代谢和分解等等，都可能有重要 影响。手性直接关系到药物的药理作用、临床效果、 毒副作用、发挥药效和药效作用时问等等。 正是由于药物和其受体之间的这种立体选择性 作用，使得药物（包括农药）的一对对映体不论是在 作用性质还是作用强度上都可能会有差别”Ｊ。这’胁ｅｌｖ列捌∞以｝ｊ５；Ｒｅ诎耐００∞一０８一ｊ４；Ａ。唧ｆｅｄ２００。一０９＿２５样，它们必须被当成两种不同的化台物对待。在６０年代曾以消旋体的形式用于抗妊娠反应的镇静药沙立度胺（１１１止ｉｄｏｍｉｄｅ，商标名反应停），在欧洲造成不幸的海豚儿，成为震惊国际医药界的悲惨的医药事故。后来，研表明，只有（尺）．对映体具有镇静作用，而（ｓ）．对映体却会导致胎儿畸形口Ｊ。可月，手性药物的制备和生产在临床应用上是多么重要。因此，近年来许多国家的药政部门对手性药物的开发、专利申请及注册，开始作出相应的规定。美国ＦＤＡ在１９９２年政策规定中宣称：埘于含有手性因素的药物倾向于发展单一对映体产品。后来叉表示鼓励把销售的外消旋药物转化为手性药物；对于申请新的外消旋药物，则要求对两个对映体都必须提供详细的生理活性和毒理数据，而不得作为相同物质对待ＨＪ。１９９９年，Ｃ＆ＥＮ报道ｌ“，全球单一对映体药物年销售额已达到９６４亿美元。预计到２０００年，年销售额将 万方数据
不对称催化在有机化学中的应用 1110712 胡景皓 不对称催化反应是使用非外消旋手性催化剂进行反应的，仅用少量手性催化剂，可将大量前手性底物对映选择性地的转化为手性产物，具有催化效率高、选择性高、催化剂用量少、对环境污染小、成本低等优点。经过40年的研究，不对称催化已发展成合成手性物质最经济有效的一种方法。 不对称催化领域最关键的技术是高效手性催化剂的开发，因为手性催化剂是催化反应产生不对称诱导和控制作用的源泉。美国孟山都公司的Knowles和德国的Homer在1968年分别发现了使用手性麟一锗催化剂的不对称催化氢化反应，从此不对称催化反应迅速发展。近几十年来手性配体的开发是不对称催化领域最为关注的焦点，并已合成出上千种手性配体，其中BINAP和(DHQD)2PHAL等已实现工业化应用，对映选择性已达到或接近100％，在氢化、环氧化、环丙烷化、烯烃异构化、氢氰化、氢硅烷化、双烯加成、烯丙基烷基化等几十种反应中取得成功，同时在均相催化剂负载化、水溶性配体固载化等研究中也取得了突出成果。以下是不对称催化研究的一些实例。 一、脯胺酸及其衍生物催化的不对称Michael加成反应 Listd、组在2001年首次用脯氨酸作催化剂研究了不对称Michael成反应。以DMSO为溶剂进行催化反应，获得了较好的收率，但是选择性却很差。这与之前报道的脯氨酸催化的不对称Aldol反应相比，e.e值明显降低。 随后，2002年Endersd、组对该反应进行了进一步的探索。在筛选L．脯氨酸用量时，发现反应中实际起催化作用的是溶解于溶剂DMSO中的L．脯氨酸，为此于体系中加入一定量甲醇或以甲醇为溶剂来增大L．脯氨酸的溶解度，同时加大催化剂的用量，该反应的e．e．能够提高到57％，但是反应时间大大延长。
超材料技术发展概览深圳光启高等理工研究院王总朱文君唐玲 超材料是由周期性或非周期性人造微结构排列而成的人工复合材料，核心思想是通过复杂的人造微结构设计与加工，实现人造“原子”对电磁场或者声纳的响应，核心理论之一即为描述电磁波传播轨迹与超材料特性的变换光学。超材料技术是一个前沿性交叉科技，所涉及的技术领域包括电磁、微波、太赫兹、光子、先进的工程设计体系、通信、半导体等。 超材料的特性可应用于功能性器件的开发，如纳米波导、特殊要求的波束引导元件、表面等离子体光子芯片，滤波器、耦合器、调制器和开关，亚波长光学数据存储、新型光源、超衍射极限高分辨成像、纳米光刻蚀术、生物传感器、探测器的应用及军用隐身材料等。 目前，超材料主要集中于被动无源器件的实验室研究，主动（有源）器件的实验室研究较少。 国内外超材料的研究进展 超材料最初被称为左手材料（LHM）或负折射材料（NIM），是由前苏联理论物理学家Veselago在1968年最先提出的。他从Maxwell方程出发，分析了电磁波在拥有负磁导率和负介电常数材料中传播的情况，对电磁波在其中传输时表现出的电磁特性进行了阐述：电磁波在其中传播时，相速和群速的方向相反，E、H、K三矢量之间呈现出左手螺旋法则，与电磁波在传统材料中传播的情况正好相反，他定义该种材料为LHM。当时自然界观察不到这种材料的存在，且存在不可利用性，Veslago所做的工作仅停留在理论假说上。 此后，随着研究的逐渐深入，众多突破性成果不断涌现。1999年，英国帝国理工大学的John Pendry教授采用由2个开口的薄铜环内外相套而成的微结构胞元，设计出一种具有磁响应的周期结构，即开口谐振环（Split Ring Resonator，SRR）结构。2001年，美国加州大学的Shelby 等人将铜线与开口铜环2种微结构单元组合在一起，并通过结构尺寸上的设计保证介电常数和 磁导率出现负值的频段 相同，首次将介电常数 和磁导率同时表现出负 值的材料展现在人们面 前，并在美国《科学》 杂志上发表了验证左手 材料存在的实验性文 章。这种新型复合材料 的人工实现，极大地丰富了微波、电路、光学、材 料学等领域，其表现出的新颖电磁响应特性立刻成 为国际物理学界和电磁学界研究的热点。 在一、二维左手材料相继实现后，Gay-Balmaz 等人在SRR结构的基础上，采用具有平面各向同性 的单元结构设计出了如图（a）所示的结构，成功制 备在2个方向上都可以表现出负磁导率的单负值超材料。Koschny等人采用图（b）所示的微结构设计， 成功制备了实现各向同性的左手材料。 开口谐振环 Shelby等人制备的左手材料 （a）平面各向同性磁谐振结构单元 （b）各向同性左手材料结构单元 20127军民两用技术与产品27
纳米金属催化剂的制备方法 摘要:纳米金属催化剂的制备方法包括化学法和物理法。化学法中主要有溶胶-凝胶法、沉淀法、溶剂热合成法、微乳法和水解法等；物理法主要有气相凝聚法、溅射法和机械研磨法等。其中化学法中的溶胶-凝胶法及沉淀法应用最广。对纳米金属催化剂的制备方法进行了比较，并简要论述了制备及应用过程中存在的主要问题。 关键词:纳米;催化剂;制备方法 引言 纳米催化材料由于其特有的量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等性能，显现出许多特有性质，在催化领域的应用为广大催化工作者开拓了一个广阔空间，国际上已把纳米粒子催化剂称为第四代催化剂，因此纳米材料在催化领域的应用日益受到重视。许多发达国家都相继投入大量人力、财力开展纳米粒子作为高性能催化剂的研究，如美国的Nano 中心，日本的Nano ST 均把纳米材料催化剂的研究列为重点开发项目。我国对纳米材料的研究也给以高度重视，国家“863”计划、“973”计划大力支持纳米材料及纳米催化剂的研究，已取得了可喜成果。目前，国内外纳米催化剂的制备和应用逐步拓展到催化加氢、脱氢、聚合、酯化、化学能源、污水处理等方面。纳米金属催化剂制备方法分为化学法及物理法：化学法包括溶胶-凝胶法、沉淀法、溶剂热合成法、微乳法和水解法等；物理法包括气相凝聚法、溅射法和机械研磨法等。 1 化学法制备金属纳米催化剂 1.1 溶胶-凝胶法 该法一般是以金属盐或半金属盐作前驱体，将适当的烷氧化物如四甲氧基硅烷与水、酸性或碱性催化剂与共熔剂，在搅拌超声下进行水解和缩聚反应形成SiO2 三维网络结构。在成胶过程中引入的金属组分包埋在三维网络结构中，再进行凝胶老化过程，即将凝胶浸于液体中，继续聚合反应，凝胶强度增加。最后通过干燥，将溶剂从相互关联的多孔网格中蒸发掉，即可得到纳米尺寸的网格结构。溶胶-凝胶技术已成为实现化学剪裁合成纳米材料的主要手段。但该法使用的原料价格较昂贵；通常整个溶胶-凝胶过程所需时间较长，有时长达几天或几周；而且凝胶中存在大量微孔，在干燥过程中将逸出许多气体及有机物，并产生收缩。溶胶-凝胶法还被用来制备复合纳米金属催化剂，如KeijiHashimoto等人利用溶胶-凝胶工艺制备了K+[Zn3(SiO3Al)10(OH)2]- 纳米粒子用于醇脱氢反应。李永丹等人还利用溶胶-凝胶法制备了镍基催化剂，并对其进行了甲烷分解制备碳纳米管的研究，所制备的纳米管直径为10~20nm。雷翠月也利用此法，直接制备出了高比表面积、低堆积密度的纤维状纳米级负载CuO-Al2O3 超细粒子，活性组分以远低于纳米级的微晶粒子簇状态均匀地分散在纳米级氧化铝载体表面，在500℃内具有较高的稳定性，晶粒未聚集长大，在十二醇催化胺化反应中表现出了较高的催化活性。陈立功等人在醇催化胺化反应研究中开发了一种改进的溶胶-凝胶法，利用这种方法制备的铜基纳米催化剂的活性和稳定性都有了显著提高。 1.2 沉淀法
酶催化拆分及合成重要手性中间体扁桃酸的研究进展1 张国艳 吉林大学化学学院，长春（130026） E-mail：gabrilla@https://www.doczj.com/doc/f29082749.html, 摘要：光学活性扁桃酸是市场潜力巨大的药物和精细化工中间体。利用酶催化反应的底物、立体、位点和区域选择性，将化学合成的前体或外消旋衍生物转化为单一光学活性产物，反应条件温和、选择性强、副反应少、产率高、产品光学纯度高及无污染，较化工合成有明显的优势，因而开发酶催化反应已成为国际上研究的新热点。本文结合国内外的研究，对用生物催化剂酶进行拆分及合成手性中间体扁桃酸的研究现状和发展趋势进行了论述。 关键词：生物催化剂；手性中间体；扁桃酸；酶；合成；拆分 中图分类号：O643.3，Q814.9 文献标识码：A 随着世界生物化工的快速发展，手性技术已成为当今有机化学的研究热点。应用手性技术的最多的是制药领域，包括手性药物制剂，手性原料和手性中间体。对手性药物而言，通常并非两种异构体均具有相同的药理特性，而药物的立体化学特性会影响其药效或产生毒性，因此直接合成光学纯的单一对映体或者对化学合成的消旋手性药物进行拆分，就显得十分重要。 扁桃酸，又称作苦杏仁酸或苯羟乙酸，主要用于医药工业，可以合成医药环扁桃酯、扁桃酸乌洛托品、扁桃酸苄酯等。环扁桃酯是一种疗效显著的血管扩张剂；扁桃酸乌洛托品用于细菌性尿路感染杀菌剂消炎药物；扁桃酸苄酯是一种镇痉药物。光学拆分所得到的右旋和左旋扁桃酸大部分用作光学拆分剂，在美国抗生素头孢孟多中大量使用。随着应用研究不断深入，扁桃酸及其衍生物许多新的用途被开发出来，目前国际市场上扁桃酸需求约以年均10 ％左右速度增长，尤其是单一性化合物需求增长速度更快，成为热点的精细化工中间体。 生物催化的发展可以满足制药领域对于光学活性化合物的日益增长的需求，它可以降低化学原料的消耗、减少污染，是真正的绿色化学。酶催化是生物催化中重要的工具之一，酶法转化、拆分、合成手性药物及精细化工品是现代酶工程的热点。利用酶催化反应的底物、立体、位点和区域选择性，将化学合成的前体或外消旋衍生物转化为单一光学活性产物，反应条件温和、选择性强、副反应少、产率高、产品光学纯度高及无污染，较化工合成有明显的优势[1-3]。作为一种特殊的催化剂，酶正越来越受到人们的重视。下面以扁桃酸为例，重点介绍酶催化在手性中间体的拆分及合成方面的应用。 1. 外消旋扁桃酸的酶法拆分 化学方法合成得到的扁桃酸往往都是外消旋体，需要进一步进行拆分，才能得到光学纯的单一对映体。化学拆分法主要是通过形成非对映体盐来进行，并且大多需要手性试剂，成本较高，不适合大规模的工业化生产。外消旋扁桃酸的酶法拆分主要集中在用脂肪酶或腈酶来进行拆分，拆分的最高收率一般不超过50%。为了将另一对映体转化为目的产物，需要进行消旋化和循环拆分，该方法相对复杂。 1.1 脂肪酶 脂肪酶来源丰富，价格较低，且稳定性好，因此在酶催化反应中用途很广，这一点也体 1本课题得到国家自然科学基金 (批准号: 20672045, 30570405) 和第三十八批国家博士后资助基金 (批准号: 801050321413)的资助。
高分子材料研究前沿及发展趋势 .通用高分子材料向高性能、多功能、低污染、低成本方向发展 通用高分子材料主要是指塑料、橡胶、纤维三大类合成高分子材料及涂料、黏合剂等精细高分子材料。高性能、多功能、低成本、低污染（环境友好）是通用合成高分子材料显著的发展趋势。在聚烯烃树脂研究方面，如通过新型聚合催化剂的研究开发、反应器内聚烯烃共聚合金技术的研究等来实现聚烯烃树脂的高性能、低成本 2. 在有机/高分子光电信息功能材料领域，光、电、磁等功能高分子材料作为新一代信息技术的重要载体，在21世纪整个信息技术的发展中将占有极其重要的地位。非常值得关注并可能取得突破的重要方向是：有机/高分子显示材料特别是电致发光材料、超高密度高分子存储材料、高分子生物传感材料等。此外，还有新型功能高分子材料的设计、模拟与计算、合成与组装以及分子纳米结构的构筑。高分子的组装、自组装以及在分子电子器件上的应用研究等。
在生物医用材料领域，总的发展趋势是：从简单的植入发展到再生和重建有生命的组织和器官；从大面积的手术损伤发展到微创伤手术治疗；从暂时性的组织和器官修复发展到永久性的修复和替换；从药物缓释发展到控释、靶向释放。生物医用材料研究的重点是：基于生物学原理，赋予材料和植入体生物结构和生物功能的设计；可靠地试验材料生物安全性和预测材料长期寿命的科学基础；先进的工艺制造方法 学。 要化工原料。其中最丰富的资源有纤维素、木质素、甲壳素、淀粉、各种动植物蛋白质以及多糖等。它们具有多种功能基团，可通过化学、物理方法改性成为新材料，也可通过化学、物理及生物技术降解成单体或齐聚物用作化工原料。为解决环境污染问题，一方面生物降解高分子材料的研究已成为研究热点，另一方面废弃高分子材料的回收利用也成为重要研究方向。生物降解高分子材料在20世纪末和21世纪初得到迅速的发展，特别是一些发达国家的政府和企业投入巨资开展生物可降解高
生物工程导论论文 题目酶催化技术与手性药物的研发Enzyme catalytic technology for the development of chiral pharmaceutical chemicals 任课教师吴坚平 上课时间周一第11—13节 姓名XXX 学号XXXXXXXXXX 班级 作业完成时间2013年11月
酶催化技术与手性药物研发 XXXXXXXXXX XXX 摘要：酶催化手性药物的制备是利用酶对手性分子构型的识别能力进行选择性催化的新兴制备型药物的方式，有反应效率高，选择性高，反应温和，符合“绿色化学”要求等优势。近年来，酶催化技术迅速崛起；同时，市场对手性药物需求极大。本文就将简单论述手性药物的研发现状，并对运用于手性药物研发的酶催化技术做一些简单介绍及评述。 关键词：酶催化；手性药物；绿色制药； Enzyme catalytic technology for the development of chiral pharmaceutical chemicals Gao Shen 3120100301 Abstract：Enzyme catalytic chiral drugs produced by the use of enzymes opponents of heterogeneous elements of the identified capacity for selective catalytic emerging prepared drug the way in which response efficiency, high selectivity, mild response. This is in line with the "Green Chemistry" requirements. In recent years, enzyme catalytic technologies rapidly rising; at the same time, market your opponent of drug needs are enormous. This document will outline the nature of drug research and development, and the application of the drug research and development of enzyme catalytic technologies and do some simple introduction and commentary. Keywords：Enzyme catalytic converters；chiral drugs；green pharmaceutical process; 1 手性药品研发的意义 手性（Chirality）是自然界的本质属性之一，用于表达化合物分子由于原子三维排列引起的一种结构不对称现象。手性化合物（Chiral compounds）是指分子量、分子结构相同，但左右排列相反，如实物与其镜中的映体。 早在一百多年前，法国科学家巴斯德（Louis Pasteur）就发现了分子的不对称现象[1]，提出了对映体(Enantiomer)存在两个旋光异构体的构想。这些对映异构体的理化性质基本相似，旋光能力也相同，但方向相反，分别被命名为 R-型（右旋）或S-型（左旋）、外消旋。手性异构体之间理化性质可以有极大的差异，与手性物质相互作用可以产生不同的产物。如天然的（-）- 尼古丁毒性比（+）- 尼古丁大得多[2]；舞毒蛾的性引诱素disparlure是舞毒蛾的性信息素，其中一种对映体在极低浓度下就能对舞毒蛾起到性吸引的作用，而另一对映体即使在极高浓度下也没有性吸引的活性作用；（S）- 天冬酰胺，味甜而（R）- 天冬酰胺，味苦等。许多与生物体密切相关的生化反应中，均和物质的手性相关联，作为生命活动重要基础在体内有重要生理功能的生物大分子，如蛋白质（Protein）、多糖（polysaccharide）、核酸（nucleic acid）等几乎全是手性的[3]，正是因为生命活动的生化反应与有机物的手性相关性，目前对物质的手性、物质的手性反应以及物质的手性合成和分离等，对人类来讲具有不可轻视的重大意义。 手性化学品已逐渐在材料、食品、化工、制药等领域大战雄风，且在医药领域的应用尤为重要。由于药物的手性对生物的应答关系，如在体内的吸收、转运、组织分配、与靶点的作用以及代谢和消除等，都可能有重要的影响，因此它们在