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木质素看见光 |《自然-合成》三月刊

已有 2650 次阅读 2022-5-7 14:52 |个人分类:增刊精选|系统分类:博客资讯

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木质素看见光

植物中的木质素具有形成细胞壁、运输水分、保护种子和应激适应等功能。如今,研究人员发现了木质素的一种全新功能。它是一种光催化剂,帮助植物在阳光下利用水和空气合成过氧化氢。结合光催化与过氧化物酶的生物催化,驱动C–H键的对映选择性氧功能化。

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Editorial | 利用太阳能生产 The solar generation

太阳能向化学能的转化是小分子持续生产的关键选择太阳能就是选择未来。由于光合作用是自然界将太阳能转化为有用产物的关键,一段时间以来,科学家们一直试图利用人造光吸收剂,通过类似光合作用的方式利用太阳能。但仅仅模仿光合作用还不行。相反,科学家们从光合作用中的关键活性成分以及涉及光捕获和化学物质生产的两个光合作用主要阶段中获得了灵感。

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News & Views | 太阳能驱动的生物提炼厂 Solar-powered biorefinery

 “太阳能化学品”的生产会受到牺牲剂、含金属的催化剂和产品价值低等因素的限制。如今,利用木质素作为光催化剂,可以将H2O和空气合成过氧化氢(H2O2)。将木质素与酶催化作用相结合,可以实现选择性氧功能化。 

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Perspective | 极性有机金属试剂与碱金属醇盐的活化作用 Activation of polar organometallic reagents with alkali-metal alkoxides

使用1类金属(碱金属)醇盐作为添加剂来激活s-嵌段有机金属是极性有机金属化学中的一种公认方法。以Lochmann–Schlosser为代表的超强碱,已被证明能十分有效地促进有机基质的去质子金属化。然而,尽管它们在合成中的重要性早已为人所知,但这种激活效应的本质仍然有待完善。本次研究中,我们揭示了这些试剂所具有的独特反应活性(一般无法被其同金属前体所取代的)的根源。此外,我们通过反应活性研究确定了这些有机金属试剂的混合金属结构。我们还利用锂醇盐作为添加剂,来促进直接区域选择性镁(或锌)/卤素交换过程,以获得高度功能化的有机金属,并重点讨论了每种金属在这一转换过程中的作用,开辟了新的合成方向。

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Article | 木质素作为多功能光催化剂 用于太阳能驱动、生物催化的C–H键氧功能化 Lignin as a multifunctional photocatalyst for solar-powered biocatalytic oxyfunctionalization of C–H bonds

纸浆和造纸业每年要产生约5000万公吨的木质素废料,其中的95%都被烧掉或是丢弃。本次研究中,我们将木质素作为一种光催化剂,在可见光下通过O2还原和H2O氧化生成H2O2。我们通过光谱分析和光电化学分析研究了两种木质素模型——木质素磺酸盐和硫酸盐木质素的光物理和电子特性,并利用这两种木质素与其他的木质素模型(例如,原生类纤维素酶木质素、人造木质素脱氢聚合物和酚类β-芳基醚型木质素二聚体)证实了木质素的光氧化还原化学作用。此外,将木质素和依赖H2O2的非特异性过氧化物酶(UPOs)结合,可以实现各种C–H键的高度对映选择性的氧功能化。使用木质素作为光催化剂,解决了与过氧化物酶的持续激活相关的许多问题,特别是消除了对人造电子供体的需求,并抑制了HO介导的过氧化物酶的失活。因此,木质素–过氧化物酶混合催化剂达到了81,000次过氧化物酶转换数,用于光化学平台的太阳能驱动、生物催化的氧功能化。

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Article | 铁催化的糖基还原交叉耦合用于C-糖苷的立体选择性合成 Iron-catalysed reductive cross-coupling of glycosyl radicals for the stereoselective synthesis of C-glycosides

立体化学定义的C-糖苷因其生物活性而十分珍贵。开发一种合成C-糖苷的非贵金属的催化方法仍然十分困难。本次研究中,我们从容易获得的糖基氯化物出发,证明地球上含量丰富的一种铁基催化剂可以很容易地促进糖基的生成,这些糖基或是直接与不饱和亲电子体反应,或是被有机镍态物质捕获以促进温和还原条件下C−C键的形成。在一系列基底上进行这两种反应后,获得了多种的带有烯基、炔基或芳香族异构基团的C-糖苷产物,并且它们具有良好的非对映控制。机械控制和电子顺磁共振波谱实验表明,活性催化物是通过Mn还原所形成的低价铁复合物。该方法被应用于生物活性C-糖苷和可用于治疗的类似物的立体选择性合成。

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© nature

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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