国家自然基金标书-若干重要元素的有机化学前沿.DocVIP

项目名称： 战略元素有机化学的基础和前沿 首席科学家： 周其林 南开大学 起止年限： 2012.1-2016.8 依托部门： 教育部 天津市科委 一、关键科学问题及研究内容 拟解决的关键科学问题 本项目将根据《国家中长期科学和技术发展纲要》中明确提出的“新物质的创造和转化”这一学科发展规划，结合当前合成化学发展的新形势和面临的新问题，面向国家重大战略需求，从促进元素有机新试剂、新反应和新功能的发现；促进新物质创造过程的完美化；促进我国宝贵元素资源的高效利用和高附加值化的目标出发，开展包括磷、氟、硼、硅以及稀土在内的战略元素有机化学的基础和前沿研究。项目拟解决的关键科学问题包括元素有机化合物新的成键模式、新的反应性、新功能及其调控。 (1) 元素有机化合物新的成键模式 合成化学是创造新物质的科学，在新物质的创造过程中必然伴随旧化学键的断裂和新化学键的生成，即化学键的重组。发现和发展元素有机化合物新的成键模式是发展高效、高选择性地形成化学键的关键科学问题。该问题的解决有助于进一步认识和理解反应的性能、揭示反应的本质和规律，促进新型、高效反应类型的发现，从而为新物质创造提供理论基础。 在元素有机化合物新的成键模式研究中一旦取得重大突破将使我们能够根据人类社会对新物质的需求，设计“经济、安全、环境友好、以及节省能源和资源”的新化学反应。 (2) 元素有机化合物新的反应性 发现元素有机化合物新反应性是发展新物质创造方法的关键。元素有机化合物具有丰富多变的反应性，对其开展深入研究极有希望实现温和条件下的高效、高选择性的化学反应和过程，从而为创造新物质提供更加完美的方法。元素有机化合物的反应性受到化合物的结构、电性、立体效应等诸多因素的影响，对这些因素的精细调控为发现和发展新的高效以及原子经济性的反应提供了契机。 (3) 元素有机化合物新功能及其调控 元素有机化合物的功能性主要表现在两个方面：1）元素有机化合物本身具有生物活性等各种特性；2）元素有机化合物作为试剂，可参与新物质的创造。因此，如何发现元素有机化合物的新功能，如何对其结构和电性等进行调控是本项目需要解决的又一个关键科学问题。 主要研究内容 针对上述关键科学问题，本项目拟从战略元素有机化学的基础和前沿出发，围绕新颖结构的元素有机新试剂、新反应以及元素有机化合物的新功能及其调控等展开创新性研究，重点是有机磷新试剂和新功能、含氟有机化合物的选择性合成和应用、硼硅有机化合物的特性和应用、新颖稀土有机化合物的合成和反应性四个方面、以及这四个方面的交叉与融合。 (1) 有机磷新试剂和新功能研究 在新物质的创造研究中，有机磷试剂已成为不可缺少的重要试剂。有机合成上的许多突破都与新的有机磷试剂或磷配体的发现密切相关。尽管在过去三十多年的时间里，有机磷试剂得到了空前快速的发展，并出现了包括BINAP配体这样优秀的有机磷试剂，然而现有的有机磷试剂还是难以满足现代合成化学的需求，目前仍然有许多反应缺少有效的有机磷试剂。另一方面，很多优秀的或者有应用前景的有机磷试剂已被国外专利保护，只有发展具有自主产权的新型有机磷试剂才能满足我国工业对有机磷试剂的不断需求。其次，发现有机磷化合物的新功能，开展功能化有机磷化合物的研究也是目前有机磷化学研究的热点之一。 本课题将围绕发展高效、高选择性的功能性有机磷试剂这一主题，注重与氟、硼、硅以及稀土元素有机化学的交叉与融合，开展新型有机磷试剂设计和合成研究，发展具有新颖骨架、结构可调的有机磷新试剂，实现有机合成反应的高效率、高选择性、原子经济性和环境相容性，发现和发展功能有机磷新物质。 具体研究内容包括：1）新型有机磷试剂的设计与合成：依托全新的骨架结构和电性结构等，设计和合成有机磷新试剂，并发展相应的有机磷试剂的高效合成方法学；2）有机磷试剂参与的新反应研究：探索有机磷试剂的结构与反应性的关系，深入认识和理解有机磷试剂的结构、电子效应、立体效应对反应活性和选择性的影响规律，发展有机磷试剂参与的高效、高选择性新反应，特别是硼、硅元素等参与的新反应； 3）有机磷试剂的生物功能研究：探索蛋白激酶磷酸化的分子机制，认识蛋白激酶催化磷转移对底物蛋白功能的调节机制。从磷酸化修饰的多肽以及蛋白酶模拟物出发，探讨磷酸化对一些具有重要生理意义的蛋白和多肽的构象和功能的影响； 4）有机磷试剂的催化功能及应用研究：探索有机磷试剂在有机合成反应中的催化性能，发展高效的有机磷催化剂，特别是有机磷试剂配位的金属催化剂，并将其应用于功能有机化合物如含氟、硼等药物，以及天然产物的合成； 5）功能有机磷化合物的合成及其应用研究：以新型有机磷试剂及其参与的新反应、新方法等为依托，开展功能有机磷化合物如阻燃剂、生物缀合物等的合成和应用研究。 (2) 含氟有机化合物的选择性合成和应用研究 有机氟化