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通往1,080糖的阶梯 |《自然-合成》十一月刊

已有 1678 次阅读 2023-1-4 09:54 |个人分类:期刊精选|系统分类:博客资讯

期刊:Nature Synthesis

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期刊封面故事

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通往1,080糖的阶梯

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研究人员利用一种自动合成法,从单糖单元起步合成了线性阿拉伯聚糖1,080糖。这种方法被用于制备结构均一的生物大分子(单体组成数高达1,080个),以及具有生物活性的寡糖化合物库。


1.自动液相乘法合成复杂聚糖到1,080糖 

Automated solution-phase multiplicative synthesis of complex glycans up to a 1,080-mer

糖类是自然界中的一种重要物质,参与了胞间通讯、细胞生长和免疫应答等生命过程。然而,合成结构明确的糖类特别是大尺寸的聚糖,仍然颇具挑战。在本文中,我们基于预活化一釜多组分糖基化和连续乘法扩增原理,通过一款双模式液相聚糖自动合成仪,实现了复杂聚糖的自动液相乘法合成。我们利用这台仪器,在普通活化模式或光介导活化模式下,迅速合成了涵盖各种糖型和糖苷键连接方式的寡糖化合物库。并在克级规模上实现了完全保护的磺达肝葵钠五糖(一种抗凝剂)的自动合成。此外,我们还开展了十组分自动串联反应,利用这种自动乘法合成策略合成了阿拉伯聚糖1,080糖。

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2.熔体辅助原子级薄材料生长 

Flux-assisted growth of atomically thin materials

原子级薄材料(ATMs)的理想特性推动了相关制备方法的发展。然而,许多多元层状和非层状ATMs的可控制备仍然十分困难。在本文中,我们设计了一种熔体辅助生长的方法。该方法能克服传统方法的限制,可重复制备金属硫族化合物、氧化物、氧卤化物和磷三硫族化合物等高质量ATMs,并且对温度和流速等生长参数有较高容忍度。在这种方法中,目标材料的成核和结晶遵循熔体-结晶机制,因此能够实现产物组分的精确控制。限域合成空间和动力学驱动的生长确保了ATMs的合成。我们利用这种方法成功制备出了80种原子级薄复合片,其中包括48种三元/四元化合物和23种非层状材料。此外,大尺寸单晶或连续的ATMs薄膜也可以用这种方法制备。本文提出的熔体结晶机制为制备组分精确控制的ATMs和具有奇妙物化性质的非层状材料开辟了巨大的可能性。

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3.有机分子的立体控制自动流水线合成 

Automated stereocontrolled assembly-line synthesis of organic molecules

自动化技术使得非专业人员也能够制备、测试并分析蛋白质和核酸一类的复杂生物分子,因而推动了蛋白质组学和基因组学等领域的巨大进步。然而,有机分子的复杂性和多样性等因素阻碍了自动有机合成领域的发展。因此,目前只有少数合成步骤少、结构相对简单的有机分子实现了自动化制备。在本文中,我们报道了一种自动流水线合成方法。该方法以立体化学高度可控且可重复的方式实现C(sp3)C(sp3)键的迭代形成,使人们能获得复杂的有机分子。该过程是在一个能够处理空气敏感反应物并进行低温反应的市售机器人平台上实现的,这使有机硼底物的6个依序的单碳同系化反应能够不受人为干预地迭代进行。这种方法已被用于快速构建天然产物(+)-kalkitoxin的核心片段,从而扩展了自动有机合成的领域。

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4.亲核体和过渡金属催化的C–H定向官能化 

Transition metal-catalysed directed C–H functionalization with nucleophiles

一直以来,人们都在寻找往复杂骨架中引入多种官能团的可持续方法。这使得过渡金属催化的定向C–H官能化反应成为了合成有机化学领域的一个主要方向。这些方法利用多种偶联底物来构建碳-碳键和碳-杂原子键。值得注意的是,作为交叉耦联反应中的关键试剂,有机金属和X基(X代表N、O和S)亲核体在这些转化反应中仍未得到充分利用。然而,由于反应条件的微调和对反应机制的深入理解,这些试剂最近被纳入了C–H官能化的合成工具箱。这篇综述选取并概述了基于定向C–H活化的亲核C–C和C–杂原子成键反应方面的一些最新进展。我们重点关注那些利用有机金属亲核体和X基(X代表N、O和S)耦联底物的催化方法,并介绍了该领域的发展方向——增强转化反应的适用性和通用性。此外,我们还强调了一些尚未解决但意义重大的合成挑战。

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5.有机硼催化剂实现CO2和环氧化物的精确共聚合 

Precision copolymerization of CO2 and epoxides enabled by organoboron catalysts

CO2和环氧化物的共聚合是一种减少人为碳排放和不可降解塑料污染的工业方法。尽管最近在这方面取得了一些进展,但很少有研究关注醚和碳酸酯片段连接的调控——该过程控制着材料的性能。在本文中,我们使用一系列明确的双核有机硼催化剂,实现了醚和碳酸酯片段连接的精准调控。通过改变催化剂结构、优化反应条件,环氧丙烷/CO2共聚物中的碳酸酯和聚醚含量分别能在3.0–95.2%和0.1–97%的范围内任意调控。我们利用核磁共振光谱、水解-衍生化实验和单晶X射线衍射,发现了一种-ABB-型的独特微结构。密度泛函理论计算表明,-ABB-微结构来源于区域选择性定向共聚合过程。通过分析四种催化剂的晶体结构及对应的催化性能,我们量化了双核有机硼催化剂结构与环氧丙烷/CO2共聚合的序列选择(-AB-、-ABB-和-ABn-,n≥3)之间的相关性,有望启发新的催化剂设计,助力这种可持续转化反应。

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Nature Synthesis

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关于Nature Synthesis


《自然-合成》旨在汇聚化学及材料合成所有领域的产业和学术界的研究人员,主要发表有机、无机、有机金属和材料化学的原创研究,以及对合成研究界有价值的技术创新,由Ali Stoddart(艾丽·斯托达特)担任主编。该刊标志着Nature Portfolio向应用科学又迈进了一步。”

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