基于金属卡宾的氮气活化与转化的均相催化反应的理论计算研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21903022
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0307.化学反应机制
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Activation and conversion of dinitrogen (nitrogen fixation) under mild conditions is of great importance for the sustainable development of human society. Nitrogen-containing organic compounds are widely used in the areas of organic chemistry, medicinal chemistry, and material chemistry. Thus, the direct transformation of abundant dinitrogen into N-containing organic compounds has huge application potential. However, reports on the synthesis of N-containing organic compounds directly using dinitrogen as nitrogen source are very rare, and the corresponding homogeneous catalytic cycle has not been achieved yet. In this project, we will carry out systematic theoretical studies on homogeneous catalytic nitrogen fixation by using quantum chemical methods. We will explore a new type of nitrogen activation mode based on metal-carbene species. We will investigate the mechanism of nitrogen activation by metal-carbene, and understand the characteristics of how the variations of functional groups on the metal-carbene precursors affect the thermodynamics of the nitrogen fixation process, and obtain the structure-relationship between the catalyst structure and the catalytic activity. On the basis of mechanistic understandings, we will then screen and design the substrates and catalysts to computationally achieve the homogeneous catalytic cycle for converting dinitrogen into N-containing compounds with good thermodynamics and kinetics that are potentially accessible under mild experimental conditions. The research results of this project will be helpful for developing new types of nitrogen activation mode and providing new thoughts for designing of catalytic cycles for nitrogen fixation. The newly designed catalytic cycles could be used as reference models for experimental exploring when developing new catalytic reaction systems for the transformation of dinitrogen into N-containing compounds.
实现温和条件下的氮气活化与转化(固氮)对于人类社会的可持续发展具有非常重要的意义。含氮有机物广泛应用于有机合成化学、药物化学和材料化学等领域,因此,直接以丰富易得的氮气为氮源合成含氮有机物具有巨大的潜在应用价值。然而,直接利用氮气合成含氮有机物的研究却很少,其均相催化循环还未实现。本项目拟采用量子化学计算方法,开展均相催化固氮反应的理论计算研究:探索一种新的基于金属卡宾的氮气活化模式;阐明金属卡宾活化氮气的化学本质;掌握反应底物上官能团的变化对反应热力学的影响规律;建立催化剂的结构和催化活性的构效关系;在机理研究的基础上,筛选并优化设计出合适的反应底物和高活性的催化剂,从理论上构建热力学和动力学可行的以氮气合成含氮有机物的均相催化循环。本项目的研究结果将对现有的氮气活化模式提供有效补充,为催化固氮循环的设计提供新的思路,为实验上发展以氮气合成含氮有机物的均相催化体系提供理论参考模型。

结项摘要

含氮有机物广泛应用于有机合成化学、药物化学和材料化学等领域,实现以氮气原料合成含氮有机物具有非常重要的意义。在本项目中,我们利用理论计算的方法,在机理研究的基础上,理性设计温和条件下的催化固氮循环。我们从理论上构建了基于金属卡宾的催化固氮循环。然后我们针对目标反应的热力学、动力学以及活性催化中心的特点进行了系统的理论研究,研究结果表明:i) 吸电子基团能有效稳定中间产物;ii) 前过渡金属生成的卡宾太稳定而不太适宜作为固氮反应的催化剂;iii) 共轭炔酮、共轭炔硫酮、共轭炔亚胺化合物、乙酸炔丙酯以及环丙烯等化合物作为卡宾前驱体的固氮反应的热力学不太理性;iv) 硼宾活化氮气和活泼醛类化合物作为卡宾前驱体固氮反应的策略具有较大潜力。该项目的研究结果将为进一步发展和完善以氮气合成含氮有机物的催化体系提供理论参考。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Mechanistic Study of Nickel-Catalyzed Intramolecular [4+2] Cycloaddition of Cyclobutanone with Allene: Origin of Selectivity and Ligand Effect
镍催化的分子内[4 2]环丁酮与丙二烯的环加成反应机理研究:选择性的起源和配体效应
  • DOI:
    10.1039/d2qo01849g
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Organic Chemistry Frontiers, 2023 (已接收) DOI: 10.1039/D2QO01849G
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Jinxia Li;Jinbo Luo;Wenyan Tong;Dingyi Tang;Jin Zhang;Zhi-Han Zhang;Shuanglin Qu
  • 通讯作者:
    Shuanglin Qu
Convergent Synthesis of 1,4-Dicarbonyl Z-Alkenes through Three-Component Coupling of Alkynes, α-Diazo Sulfonium Triflate, and Water
通过炔烃、α-重氮锍三氟甲磺酸盐和水的三组分偶联聚合合成 1,4-二羰基 Z-烯烃
  • DOI:
    10.1021/jacs.1c12874
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Journal of the American Chemical Society
  • 影响因子:
    15
  • 作者:
    Xuyong Wang;Wen-Yan Tong;Bing Huang;Si Cao;Yunlong Li;Jingchao Jiao;Hang Huang;Qiu Yi;Shuanglin Qu;Xi Wang
  • 通讯作者:
    Xi Wang
Manganese-Catalyzed N-F Bond Activation for Hydroamination and Carboamination of Alkenes.
锰催化 N-F 键活化用于烯烃的氢胺化和碳胺化。
  • DOI:
    10.1021/acs.orglett.0c03916
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Organic Letters
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Ji Yun-Xing;Li Jinxia;Li Chun-Min;Qu Shuanglin;Zhang Bo
  • 通讯作者:
    Zhang Bo
Azacycle-Directed Formal Aromatic C(sp2)–H Insertion with Cr(0) Fischer Carbene Complex via Oxidative Hydrogen Migration
通过氧化氢迁移,氮杂环引导的形式芳香族 C(sp2)→H 与 Cr(0) Fischer Carbene 配合物插入
  • DOI:
    10.1021/acs.organomet.1c00352
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Organometallics
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Xing-Qi Yao;Wen-Yan Tong;Kang Wang;Shuanglin Qu;Jianbo Wang
  • 通讯作者:
    Jianbo Wang
Dichotomy of platinum(II) and gold(III) carbene intermediates switching from N- to O-selectivity
铂(II)和金(III)卡宾中间体从N-选择性切换到O-选择性的二分法
  • DOI:
    10.1038/s41467-022-29326-0
  • 发表时间:
    2022-03-30
  • 期刊:
    Nature Communications
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Jin H;Tong WY;Zhang J;Rudolph M;Rominger F;Shen X;Qu S;Hashmi ASK
  • 通讯作者:
    Hashmi ASK

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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