一、新材料的制备研究

1、MOFs材料

   金属-有机框架（Metal-Organic Frameworks），简称MOFs，是由有机配体和金属离子或团簇通过配位键自组装形成的具有分子内孔隙的有机-无机杂化材料。

  MOFs材料的特点：多孔性及大的比表面积、结构与功能多样性、不饱和的金属位点。

  MOFs材料的应用：MOFs在化学化工领域得到许多应用，例如气体贮存、分子分离、催化、药物缓释等。(1)气体的吸附与储存：MOFs特殊的孔道结构，是理想的氢气存贮材料，现在MOF177在77K下的储氢能力已达到7.5%，当前研究重点是室温下达到高储氢能力的突破；(2)分子分离：MOFs的孔道大小和孔道表面可以控制，可以用于烷烃分离，也可以由于手性分离，在这方面的应用正在扩大；(3)催化：MOFs材料的不饱和金属位点作为Lewis酸位，可以用作催化中心，现已用于氰基化反应、烃类和醇类的氧化反应、酯化反应、Diels-Alder反应等多种反应，具有较高的活性；(4)药物的缓释：MOFs材料具有较高的载药量、生物兼容性及功能多样性，可广泛用于药物载体，例如MIL-100和MIL-101对布洛芬有较好的载药和释放效果；其固载率和缓释时间分别为350mg/g，3天，1400mg/g，6天。展望未来MOFs材料无论在品种、性能、合成方法、应用领域，作为一类新型材料，还会进一步发展和扩大。

  本课题组主要研究内容是以氨基酸和希夫碱等各种功能分子为基本骨架，设计合成对称性和官能化各异的桥联配体，与各种金属制备具有不同结构多孔金属-有机材料(Metal- Organic Materials, MOM)，根据多孔材料中活性位点或功能基团的特征，开发多孔材料在异相催化和分离中的应用(如图)。

2、有机发光半导体（Organic Electroluminesence Display，缩写为：OLED）

  有机发光二极管原理：有机发光二极管同普通发光二极管发光的原理相同，即利用半导体经过渗透杂质处理后形成PN结，电子由P型材料引入，当电子与半导体内的空穴相遇时，有可能掉到较低的能带上，从而放出能量与能隙相同的光子，从而形成有机发光二极管。有机发光二极管的光线波长取决于发光材料的能隙大小，若要使其产生可见光，就必须使材料的低能带与高能导带之间的能隙大小落在狭窄的范围内，大约2-3电子伏特。

   OLED的优点：（1）技术先进——有机发光二极管无辐射，重量超轻薄，柔软显示，屏幕可卷曲。（2）成本低——有机发光二极管制造工艺简单，批量生产成本要比LCD至少节省20%。（3）适应性强——有机发光二极管能在-45℃～80℃温度下正常显示。（4）节能性强——有机发光二极管由于是有机材料自己发光，驱动电压低，无需后背光源，因而更加节省能源。（5）可视角大——有机发光二极管接近180度。⑥反应速度快——有机发光二极管显示屏中的单个元素反应速度是LCD的1000倍，可实现精彩的视频重放，色彩炫丽，绝不会出现拖曳现象。

  有机电致发光二极管（OLED）可以广泛用于白光照明和平板显示。利用π共轭有机材料发光的白色OLED发光体，不同于传统照明光源，不存在高能量密度蓝/紫外发光，各成分光谱半波值宽泛，人体伤害小。制备的平板显示，亮度高、色彩逼真、响应快、可弯曲。目前存在的核心问题是器件的效率低寿命短且大面积制备良率低。

3、有机硅材料

       有机硅即有机硅化合物，是指含有Si-C键、且至少有一个有机基是直接与硅原子相连的化合物，习惯上也常把那些通过氧、硫、氮等使有机基与硅原子相连接的化合物也当作有机硅化合物。其中，以硅氧键（-Si-O-Si-）为骨架组成的聚硅氧烷，是有机硅化合物中为数最多，研究最深、应用最广的一类，约占总用量的90%以上。

      有机硅材料的特点：由于有机硅独特的结构，兼备了无机材料与有机材料的性能，具有表面张力低、粘温系数小、压缩性高、气体渗透性高等基本性质，并具有耐高低温、电气绝缘、耐氧化稳定性、耐候性、难燃、憎水、耐腐蚀、无毒无味以及生理惰性等优异特性，广泛应用于航空航天、电子电气、建筑、运输、化工、纺织、食品、轻工、医疗等行业，其中有机硅主要应用于密封、粘合、润滑、涂层、表面活性、脱模、消泡、抑泡、防水、防潮、惰性填充等。随着有机硅数量和品种的持续增长，应用领域不断拓宽，形成化工新材料界独树一帜的重要产品体系，许多品种是其他化学品无法替代而又必不可少的。

   生物体新陈代谢也需要有机硅参与，通常此类有机硅化学式表现为CH3(SiOH)3。有机硅对于身体各项功能起着重要的作用并且与矿物质的吸收有着直接关系。人体平均拥有约七克硅，其数量远远超过其他重要矿物质，如铁。铁和硅是人体必需的元素，对维持正常的新陈代谢是非常重要的作用。有机硅材料按其形态的不同，可分为：硅烷偶联剂（有机硅化学试剂）、生物活性有机硅、硅油（硅脂、硅乳液、硅表面活性剂）、高温硫化硅橡胶、液体硅橡胶、硅树脂、复合物等。

   有机硅材料的应用：由于有机硅具有上述这些优异的性能，因此它的应用范围非常广泛。它不仅作为航空、尖端技术、军事技术部门的特种材料使用，而且也用于国民经济各部门，其应用范围已扩到：建筑、电子电气、纺织、汽车、机械、皮革造纸、化工轻工、金属和油漆、医药医疗等。

                       有机硅在汽车中的应用                                                      有机硅压敏胶

     研究组主要研究内容：特种硅油的研制、硅橡胶的研制

4、有机氟聚合物（organofluorine polymer）

      有机氟化物是分子中含有氟原子的有机聚合物的总称。其有机氟聚合物的特点：具有优良的物理性能、机械性能。耐热性、电性能和耐化学性能都很突出。根据其化学结构和性能可分为三类：（1）氟油。低分子量的线型结构的聚合物、如三氟氯乙烯的低聚物，可用作高级变压器油和润滑油等。（2）氟橡胶。高分子量的线型结构的聚合物，例如氟橡胶-23，可用于制耐高温、耐油和耐化学腐蚀的特种橡胶制品。（3）氟树脂。高分子量的线型结构的聚合物，如聚四氟乙烯，可用于制塑料制品和合成纤维等。

      有机氟化物应用：有机氟化工产品以其耐化学品、耐高低温、耐老化、低摩擦、绝缘等优异的性能，广泛应用于军工、化工、机械等领域，已成为化工行业中发展最快、最具高新技术和最有前景的行业之一。

不粘锅         有机氟化物处理过的防水手机       疏水纺织品              汽车中的耐磨器

本研究组主要研究内容：有机氟树脂的合成及应用

  二、绿色反应

   通过理论计算，设计并合成新颖、高效的催化剂，首先进行合成方法学的研究，然后进行实际应用，实现高效、绿色的新化合物的合成。

1、合成化学

（1）不对称催化反应       

       本实验室开展长效镇痛药萘丁美酮在过去的三十年中，过渡金属催化的迅猛发展及其在工业中的应用对我们的生活都有了巨大的影响。新的催化过程应用于如液晶显示材料的合成，极大的促进了电子产品如智能手机与大屏幕平板电视的普及。过渡金属催化的不对称催化作为其中一类重要的应用不仅在药物合成中有着重要的应用，在我们的日常生活中也有着非常广泛的应用。如S-BINAP-Rh催化剂在年产4000吨的薄荷醇生产中的成功应用。该产品在日化，食品以及药物中都有着广泛的用途。

          薄荷醇在日常生活中的应用：

       进入新世纪以来，对于可持续发展化学以及环境保护的广泛认可，发展更加绿色与可持续发展的不对称催化反应成为日益重要的研究课题。本课题组致力于发展以地富元素如铁，铜等替代稀有贵金属为目的高选择性不对称催化过程。相关研究例子如：

       手性铜催化剂对预先合成的二烯酯发生了高区域选择性（1,6-加成）以及高对映选择性（84%ee 相对于16:1的双键构型）硼基加成反应并进一步原位氧化获得了手性烯丙基醇。经过简单的数步化学反应即可获得原料药立普妥（Liptor），该药物在所有化学小分子药物中总销量保持第一。这一不对称催化也是目前第一过渡系金属催化过程中催化活性最高的几录，为今后发展具有工业应用的第一过渡系金属催化的不对称反应增加了信心。

（2）医药及其中间体的合成

      医药中间体，是用于药品合成工艺过程中的一些化工原料或化工产品。我国每年约需与化工配套的原料和中间体2000多种，需求量达250万吨以上。经过30多年的发展，我国医药生产所需的化工原料和中间体基本能够配套，只有少部分需要进口。而且由于我国资源比较丰富，原材料价格较低，有许多中间体实现了大量出口。

       中间体及原料药工艺的开发和放大生成，并申报国家专利；同时承担“医药中间体—杂环戊烷基甲酸-L-薄荷脂的合成关键技术研究”等相关项目。  

（3）香精香料的合成研究

       合成香料也称人工合成香料，是人类通过自己所掌握的科学技术，模仿天然香料。运用不同的原料，经过化学或生物合成的途径制备或创造出的某一“单一体”香料。世界上合成香料已达5000多种，属于常用的产品有400多种。合成香料工业已成为精细有机化工的重要组成部分。合成香料如按其化学结构或官能团来区分，有烃类、醇类、酸类、酯类、内酯类、醛类、酮类、酚类、醚类、缩醛类、缩酮类、曳馥基类、睛类、大环类、多环类、杂环类(吡嗪、吡啶、呋喃呋噻唑等)，硫化物类，卤化物类等。

    本实验承担紫罗兰酮潜香物的合成及应用，同时进一步扩大香精香料的应用范围。

（4）农药及其中间体的合成

     绿色农药，是对人类健康安全无害、对环境友好、超低用量、高选择性，以及通过绿色工艺流程生产出来的农药。随着无公害农业的发展，尤其是高毒、高残留农药对环境污染引起人们的普遍关注，人们对绿色农药的认识有所加深：一农药选择从低价、多次施用向高效、一次施用转变，节省劳动力成本；二是农药投入由大宗常规品种向低毒、低残留、安全环保型品种转变；三是农药使用低成本、低投入向合理成本、最佳投入转变；四是病虫害防治由化学农药向化学农药与生物农药相结合方向转变。

   本实验开展一些手性绿色农药的研发。

2、计算化学

       计算化学是理论化学的一个分支。计算化学的主要目标是利用有效的数学近似以及电脑程序计算分子的性质例如总能量，偶极矩，四极矩，振动频率，反应活性等）并用以解释一些具体的化学问题。计算化学这个名词有时也用来表示计算机科学与化学的交叉学科。计算化学在研究原子和分子性质、化学反应途径等问题时，常侧重于解决以下两个方面的问题：（1）为合成实验预测起始条件；（2）研究化学反应机理、解释反应现象。

     本研究组研究内容是通过化学计算，设计新颖高效的配体实现绿色催化有机合成反应。