Structural relation properties of hydrothermally stable functionalized mesoporous organosilicas and catalysis

The surfactant assistant syntheses of sulfonic acid functionalized periodic mesoporous organosilicas with large pores are reported. A one-step condensation of tetramethoxysilane (TMOS) with 1,2-bis(trimethoxysilyi)ethane (BTME) and 3-mercaptopropyltrimethoxysilane (MPTMS) in highly acidic medium was performed in the presence of triblock copolymer Pluronic P123 and inorganic salt as additive. During the condensation process, thiol (-SH) group was in situ oxidized to sulfonic acid (-SO3H) by hydrogen peroxide (30 wt % H2O2). X-ray diffraction studies along with nitrogen and water sorption analyses reveal the formation of stable, highly hydrophobic, and well-ordered hexagonal mesoscopic structures in a wide range of -CH2CH2-concentrations in the mesoporous framework. The resultant materials were also investigated by Si-29 MAS and C-13 CP MAS NMR, thermogravimetric analyses, UV-Raman spectroscopy, and FT-IR spectroscopy. The role of the bridged organic group on the hydrothermal stability of the mesoporous materials was established, which revealed an enhancement in hydrothermal stability of the materials with incorporation of the bridged organic groups in the network. The catalytic performance of -SO3H functionalized mesoporous materials was investigated in the esterification of ethanol with acetic acid, and the results demonstrate that the ethane groups incorporated in the mesoporous framework have a positive influence on the catalytic behavior of the materials.

Palladium-catalyzed asymmetric hydrogenation of functionalized ketones

A novel catalytic system for asymmetric hydrogenation of functionalized ketones has been developed using a Pd/bisphosphine complex as the catalyst in 2,2,2-trifluoroethanol. The reaction exhibits high enantioselectivity, and up to 92.2% ee was obtained.

Biological application of multi-component nanowires in hybrid devices powered by F-1-ATPase motors

In this paper, construction of hybrid device by integrating nanowires with F1-ATPase motors is described. The nickel nanowires and multi-segment nanowires, including gold and nickel, were fabricated by electrochemical deposition in nanoporous templates. The nickel nanowires functionalized by biotinylated peptide can be assembled directly onto F1-ATPase motors to act as the propellers. If the multicomponent nanowires, including gold and nickel, were selectively functionalized by the thiol group modified ssDNA and the synthetic peptide, respectively, the biotinylated F1- ATPase motors can be attached to the biotinylated peptide on nickel segment of the nanowires. Then, the multi-component nanowires can also be used as the propellers, and one may observe the rotations of the multi-component nanowires driven by F1-ATPase motors. Therefore, introduction of multiple segments along the length of a nanowire can lead to a variety of multiple chemical functionalities, which can be selectively bound to cells and special biomolecules. This method provides an insight for the construction of other hybrid devices with its controlling arrangement of different biomolecule on designed nanometer scale structures.

Applying the Electrochemical Deposition Technology to Construct the Hybrid Devices

Nanowires functionalized by special molecules can be used to as the candidates for biological application in many areas. In this paper, nickel nanowires, which were fabricated by electrochemical deposition and functionalized by biotinylated peptide, were applied to constructing the hybrid device powered by F-1-ATPase motors.

基于功能化磁性纳米材料的高灵敏聚离子选择性电极

聚离子如肝素和鱼精蛋白等在临床医学领域有着广泛的应用。快速准确地检测其浓度 对安全有效地使用聚离子具有指导意义。然而现有的检测手段已经不能满足人们的需要， 开发新的能够直接检测聚离子的传感器已成为迫切的需要。 聚离子电极的出现使人们找到了一种能够快速简便地检测聚离子的手段。利用掺杂了 合适的离子交换剂的聚合物膜，电极能够对聚离子产生明显的电位响应。这种响应的机理 是聚离子通过萃取从样品溶液进入有机相，与有机相中的离子交换剂形成离子对，从而导 致膜电位的变化。理论表明，通过加快萃取过程，电极的灵敏度能够得到显著提高。实验 证明，利用旋转圆盘电极可以有效降低扩散层厚度并增强传质，从而使电极的灵敏度得到 提高。然而旋转圆盘电极的装置比较复杂且容易产生信号噪音。 功能化的纳米粒子能够均匀分散在样品溶液中从而促进纳米粒子上功能基团与样品 分析物之间的反应，这是因为其粒径较小能够降低扩散层厚度增强传质。在众多的纳米粒 子中，磁性纳米粒子具有磁响应的特性，在许多方面具有潜在的应用价值。本文中我们报 道一种利用磁性纳米粒子快速灵敏检测聚离子的电位型分析方法。 实验中采用共沉淀法合成了磁性纳米粒子，并采用油酸钠作为分散剂。功能化磁性纳 米粒子通过蒸发溶剂，利用长链分子的非共价结合力修饰。透射电镜照片显示磁性纳米粒 子粒径均匀，平均粒径约为25 nm。X 射线衍射证明磁性纳米粒子为四氧化三铁，且无其 它杂质存在，用德拜-休克尔公式计算得纳米粒子粒径约为25 nm，与透射电镜表征的结果 相符。红外光谱的结果表明，磁性纳米粒子表面成功地包覆了油酸分子以及离子交换剂与 增塑剂，从而使磁性纳米粒子表面功能化。最后通过对离子交换剂用量的考察，得到了最 佳的功能化磁性四氧化三铁纳米粒子。 将功能化磁性纳米粒子与聚合物膜电极结合，开发了一种新的聚离子电极，并在 0.05-50 μg mL-1 的浓度范围内检测鱼精蛋白。考察了聚合物敏感膜组成与反应时间的影响， 得到了最优的检测条件。使用最大电位变化速率对鱼精蛋白浓度的对数作图，得到了在 0.05-5 μg mL-1 的浓度范围内的线性关系，建立了标准工作曲线，其检出限为0.033 μg mL-1。 控制实验说明，只有在磁场与功能化磁性纳米粒子都存在的条件下，电极才会产生明显的 电位变化。利用此电

Duplication and independent selection of cell-wall invertase genes GIF1 and OsCIN1 during rice evolution and domestication

Background: Various evolutionary models have been proposed to interpret the fate of paralogous duplicates, which provides substrates on which evolution selection could act. In particular, domestication, as a special selection, has played important role in crop cultivation with divergence of many genes controlling important agronomic traits. Recent studies have indicated that a pair of duplicate genes was often sub-functionalized from their ancestral functions held by the parental genes. We previously demonstrated that the rice cell-wall invertase (CWI) gene GIF1 that plays an important role in the grain-filling process was most likely subjected to domestication selection in the promoter region. Here, we report that GIF1 and another CWI gene OsCIN1 constitute a pair of duplicate genes with differentiated expression and function through independent selection. Results: Through synteny analysis, we show that GIF1 and another cell-wall invertase gene OsCIN1 were paralogues derived from a segmental duplication originated during genome duplication of grasses. Results based on analyses of population genetics and gene phylogenetic tree of 25 cultivars and 25 wild rice sequences demonstrated that OsCIN1 was also artificially selected during rice domestication with a fixed mutation in the coding region, in contrast to GIF1 that was selected in the promoter region. GIF1 and OsCIN1 have evolved into different expression patterns and probable different kinetics parameters of enzymatic activity with the latter displaying less enzymatic activity. Overexpression of GIF1 and OsCIN1 also resulted in different phenotypes, suggesting that OsCIN1 might regulate other unrecognized biological process. Conclusion: How gene duplication and divergence contribute to genetic novelty and morphological adaptation has been an interesting issue to geneticists and biologists. Our discovery that the duplicated pair of GIF1 and OsCIN1 has experiencedsub-functionalization implies that selection could act independently on each duplicate towards different functional specificity, which provides a vivid example for evolution of genetic novelties in a model crop. Our results also further support the established hypothesis that gene duplication with sub-functionalization could be one solution for genetic adaptive conflict.

功能化聚丙烯及其与聚对苯二甲酸丁二醇酯共混物的制备及结构性能研究

本工作通过电子束预辐照处理和反应挤出方法，制备了丙烯酸功能化预辐照聚丙烯rPP-g-AA，采用化学滴定和红外光谱方法均证明接枝共聚物的存在，同时确定了预辐照剂量和单体浓度对接枝率的影响：（1）当单体浓度一定时，接枝率随预辐照剂量的增加而增加并逐渐达到平台值；（2）当预辐照剂量固定时，单体浓度在0～4.0wt%范围内，接枝率几乎呈线性增加。研究发现，丙烯酸(AA)接枝链能起到异相成核作用而促进预辐照聚丙烯(rPP)的结晶过程，但却不改变结晶晶型；虽然接枝反应可以部分抑制降解反应，但相对于原料聚丙烯(PP)，接枝产物的力学性能仍大大下降；因此提出的反应机理认为接枝反应主要是通过链断裂降解反应形成的端自由基引发的，从而形成了以端基接枝为主的产物。 为了控制PP接枝过程中的严重降解，本工作首次提出了均相和异相引发接枝反应的原理，即采用部分rPP和预辐照聚乙烯(rPE)分别作为PP接枝反应的均相和异相“引发剂”，经反应挤出制备丙烯酸功能化聚丙烯PP-g-AA。对于均相引发体系：（1）当rPP用量为20phr时，PP-g-AA的接枝率已经达到rPP-g-AA的水平，而且降解反应得到有效控制；（2）和PP/rPP-g-AA共混物的对比研究证明，均相引发接枝产物不但接枝率明显提高，而且接枝分布非常均匀；（3）由此提出均相引发主要是发生rPP和PP分子间夺氢反应并形成以基体PP接枝为主的产物，而rPP分子内夺氢反应形成的接枝产物rPP-g-AA只占较少比例。对于异相引发体系： （1）通过红外光谱表征及接枝率计算得出异相引发接枝产物的接枝率比相应的PP/ rPE-g-AA共混物略高；（2）由于rPE及rPE-g-AA对基体PP的结晶没有影响，通过异相引发接枝产物中PP的结晶温度升高直接验证了异相引发接枝反应的实现；（3）提出的机理认为异相引发主要发生在rPE的分子内夺氢并形成rPE-g-AA，造成rPE引发的PP分子间夺氢反应形成PP-g-AA产物的比例下降。 本工作还详细研究了rPP预辐照剂量、rPP用量和单体浓度对均相引发反应的影响。得到的结果如下：（1）高预辐照剂量导致了接枝率下降的“假相”是由于形成的微凝胶造成的；（2）rPP用量的增大在提高接枝率的同时也导致降解反应的逐渐增强；（3）单体浓度的增加导致接枝率的逐步提高并最终达到最大值，而且可能导致部分微凝胶的产生；（4）接枝没有破坏PP-g-AA结晶的完善性和晶型，却能促进了晶体在（040）晶面的生长并可能产生部分横晶形态；（5）PP-g-AA和金属能形成良好的粘接作用。 以上述制备的rPP-g-AA和PP-g-AA增容PP/聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)共混体系，发现高分子量的PP-g-AA比低分子量的rPP-g-AA的增容效果要好，因此认为PP-g-AA和PBT通过酯化反应形成的长链接枝共聚物PP-g-PBT对PBT相的分散和界面作用增强更加有效。而随着增容剂PP-g-AA比例的增加，原位反应生成的PP-g-PBT逐渐增加，使得PBT相分散和界面增强效果更加显著，因此共混物的力学性能也更佳；DSC研究发现，随着PBT相尺寸减小到1μm以下，PBT出现了结晶受限行为。 将引发剂rPP和单体AA加入到PP/PBT共混体系中实现了一步法反应增容，得到共混物的扭矩、相形态、力学性能都和分步法增容共混物的结果几乎相同，这说明一步法共混能使PBT产生良好分散并得到性能较佳的产物，从而为高分子合金材料制备提供了一种简单有效的方法。 采用该方法对AA、马来酸酐(MAH)和甲基丙烯酸甘油酯(GMA)三种单体的接枝和增容反应对比研究证明，AA的效果最好，MAH次之，而GMA的效果最差，分析认为，AA和MAH通过接枝反应形成PP-g-AA和PP-g-MAH，随后再和PBT发生酯化增容反应形成PP-g-MAH-PBT共聚产物，而GMA首先和PBT反应形成PBT-GMA，而后由长链PBT-GMA发生接枝反应生成PP-g-GMA-g-PBT，但是这种接枝反应的效率很低，由此造成增容效果较差。

功能化乳酸类聚合物的生物应用研究

乳酸类聚合物具有广泛的生物学和医学应用潜力，但是乳酸类聚酯主链缺少活性位点限制了其应用的范围。用聚乙二醇与聚乳酸共聚进行改性，可以提高担载水溶性药物的效率和控释能力；氨基酸改性再偶联生物分子可以实现乳酸类聚合物的生物功能化和生物智能化的应用。本论文以功能化乳酸类聚合物为研究对象，按照聚乳酸生物功能由低级到高级的顺序分别考察了乳酸类聚合物作为载药纤维、表面活性材料、蛋白质固载和纯化材料、以及靶向药物载体等在一些生物领域的应用，并获得结果如下：1） 聚乙二醇改性的聚乳酸嵌段共聚物纺丝担载阿霉素，具有体内和体外的长效缓释作用；2）以biotin/PLL—PLA—PEG制备的高分子涂层，具有良好的特异性固载生物分子；3）将biotin/PLL—PLA—PEG与PLGA共混制备生物活性纤维，则特异性的固载蛋白质；4）用聚半胱氨酸改性聚乳酸合成PCys—PLA，再和PLGA共混制备纤维，再表面偶联还原型谷胱甘肽，则可以捕获谷胱甘肽转移酶；5）将folate/PLL—PLA—PEG制备成胶束，则具备了叶酸受体介导的生物智能化靶向送药的功能，尤其是在动物肿瘤模型的试验中表现了良好的叶酸受体靶向性。

低分子量马来酸酐化聚丁二烯橡胶改性聚乙烯增韧尼龙6

尼龙6是世界上使用最广泛的工程塑料之一，由于尼龙6大分子链中含有酰胺键能形成氢键，使其具有强韧、耐磨、耐冲击、耐疲劳、耐腐蚀等优异的特性。但是尼龙6存在低温和干态冲击性能差，吸水性大等弱点，不能满足汽车、电子、机械等行业对材料高韧性的需求。利用橡胶和弹性体对尼龙6进行增韧已经取得了很大的成功，但无法解决成本较高且基体材料刚性损失过大这一难题。实践证明，具有硬核软壳结构核壳粒子在增韧半晶性高聚物时，可以有效提高橡胶的增韧效率，减少体系拉伸强度和模量的损失。然而具有这种结构的核壳粒子合成过程复杂，成本很高，工业应用前景很小；而用传统的反应增容方法原位制备核壳粒子时，由于橡胶分子量大，黏度高，流动性差等特点限制了在反应中原位生成核－壳结构粒子的效率，影响最终的增韧效果。本论文首次尝试用低分子量的马来酸酐化聚丁二烯橡胶通过反应挤出的方法接枝改性聚乙烯，对尼龙6进行增韧，利用聚丁二烯橡胶分子链上的马来酸酐基团和尼龙6分子链的端氨基反应，在尼龙6基体中原位形成以聚乙烯为核，聚丁二烯为壳的核壳粒子，结果得到了高韧性、良好刚性的改性尼龙6。 实验证实该含有双键的低分子量橡胶能够成功的接枝到聚乙烯分子主链上，由于橡胶的马来酸酐化程度很高（14wt%），在同尼龙6共混过程中大大提高马酐基团和尼龙6端氨基之间反应生成的接枝共聚物的效率，可以有效减小两相间的界面张力，改善聚乙烯在尼龙6基体中的分散。通过透射电镜观察共混物内部形态结构发现，共混体系中形成了以聚乙烯为核，橡胶为壳的核－壳结构粒子。这种核－壳粒子对尼龙6有良好的增韧效果。当聚丁二烯橡胶的含量仅为1.5wt%时，尼龙6的冲击强度可以达到1100J/m，而拉伸强度还能保持在47.3MPa。 通过对核壳增韧体系冲击断面和拉伸力学曲线的分析我们发现，由于增韧体系中能够形成软壳硬核的核－壳结构粒子，在外力作用下，由橡胶相构成的壳结构能在聚乙烯核与基体之间形成纤维结构，这种纤维结构不仅能够改变体系的应力状态，引发基体屈服，而且大大增强了分散相粒子同基体之间的界面强度，提高体系的刚性。同时，由于两相间纤维结构的存在，材料内部形成一个类似“物理交联”的网络，材料表现出类橡胶的弹性拉伸性能，没有明显的屈服。 传统的S. Wu的逾渗理论不能很好预测这种核壳增韧体系的性能。Corté 和Leibler的模型不仅考虑了基体树脂的特性（ , , ）,而且还将分散相粒子尺寸（d）也考虑了进去，更好地预测了体系的脆韧转变点。同时在基体树脂相同，且都能增韧的前提下，可以通过Corté 和Leibler模型中参数C（代表分散相粒子能够引发基体发生屈服的能力）的大小预测增韧体系程度的大小，C值越大，体系增韧效果越好。 通过对从上述增韧体系中抽提出的原位生成的PE-g-PB-g-PA6接枝共聚物的热力学和形貌分析发现，PA6链段被限制在宽50-70nm条带状连续结构中，其运动能力受到限制，因此在结晶过程中PA6嵌段的扩散速度降低。导致在通常的结晶速率条件下（10oC/min）结晶不完善，其结晶度﹑结晶温度﹑熔融温度都有所降低，形成以γ晶型为主的不完善结晶。由于在PE和PA6链段之间由一个短的柔性PB链段相连接，因此PA6链段不能同PE发生共结晶，作为连续相PE的结晶行为受到接枝共聚物的影响要小很多。 关键词：低分子量马来酸酐化聚丁二烯橡胶，聚乙烯，尼龙6，核－壳结构，增韧，受限结晶。

异氰酸醋官能化乙丙共聚物的制备及其与尼龙6共混体系的研究

本工作合成了一种含异氰酸酷功能基团的不饱和单体，（3-异氰酸酯基-4-甲基）苯氨基甲酸-2-丙烯配（TAI）。以过氧化二异丙苯（OCP）为引发剂，该单体被用于乙烯丙烯共聚物（EPM）的自由基溶液接枝官能化。纯化后的接枝产物（EPM-g-TAI）的傅立叶变换红外光谱中存在2273cm-l异氰酸酷基团（-NCO），表明异氰酸醋单体已经接枝到乙丙共聚物上。接枝率采用化学滴定和红外光谱的方法确定。与EPM相比，EPM-g-TAl的分子量分布（MMO）变窄。采用旋转流变仪测定了EPM-g-TAl的流变行为。EPM-g-TAl的表观粘度高于EPM且随接枝率的增加而增加。采用接触角测定的表面分析表明，对于给定的的极性测定液体接枝产物的接触角随接枝率的增加而增大；我们同时得到接枝产物的表面自由能（75）以及表面自由能的色散分量（γs）和表面自由能的极性分量（γsρ），这些参数随接枝率提高而增大的趋势使我们可以定量估计接枝反应对改善极性的贡献。本工作研究了（3一异氰酸酯基-4-甲基）苯氨基甲酸-2-丙烯醋（TAl）官能化乙烯丙烯共聚物（EPM-g-TAI）与尼龙6（PA6）的反应共混。傅立叶变换红外光谱表明，由于EPM-g-TAl中的异氰酸醋基（-NCO）与尼龙6中的端胺基（-NH2）之间的化学反应：EPM-g-TAI／PA6谱图中3299cm-1处的阵日伸缩振动峰变窄变高，1640cm-1处阵日变形振动峰和1547cm-1处阵日弯曲振动峰变强。同时研究了共混体系的热性能、流变性能、机械性能和形态特征。OSC结果表明，在相同的共混组成下，EPM-g-TAI／PA6共混体系中尼龙6的结晶烩（△Hc）到氏于EPM／PA6共混体系中的尼龙6，这种差别随着共混物中乙烯丙烯共聚物含量的增加而增大，说明反应共混体系中尼龙6的结晶受到一定的限制；EPM-g-TAI／PA6共混体系的复数粘度和贮能模量高于相应的EPM／PA6共混体系；与相同组成的EPM／PA6相比，EPM-g-TAI／PA6中分散相的粒子尺寸更小，粒子分布更均匀，界面粘合更强；反应共混后的机械性能如拉伸强度、杨氏模量，弯曲强度和模量、缺口及非缺口冲击强度均随着接枝率的提高而增加。

茚基含氮、氧侧链分子内配位稀土有机化合的合成和性质

稀土有机碳σ-键配合物和氢化物不仅可以催化许多有机反应,而且还可以催化极性单体与非极性单体的聚合.作为稀土有机碳σ-键配合物与氢化物的前体,双配稀土氯化物(C<,9>H<,7>)<,2>LnCl一直是稀土有机化学中研究的热点.1.合成了一系列双配(四氢糠基茚基)稀土氯化物(C<,4>H<,7>OCH<,2>C<,9>H<,6>)<,2>LnCl(Ln=La,Pr,Nd,Sm,Gd,Dy,Y,Ho,Er,Yb,Lu).除了Pr以外,所有化合物的晶体结构都被X-射线衍射表征.2.合成并用X-衍射表征了3-(2-吡啶甲基)茚基锂(C<,5>H<,4>NCH<,2>C<,9>H<,6>)Li(THF)<,2>的晶体结构.3.合成了双配[3-(2-吡啶甲基)茚基]稀土氯化物(C<,5>H<,4>NCH<,2>C<,9>H<,6>)<,2>LnCl(Ln=Sm,Nd),并得到了配合物Nd的晶体结构.4.用二碘化钐(镱)与3-(2-吡啶甲基)茚基锂反应合成了二价双配[3-(2-吡啶甲基)茚基]稀土配合物(C<,5>H<,4>NCH<,2>C<,9>H<,6>)<,2>Ln(Ⅱ)(THF)(Ln=Sm,Yb).5.在用无水氯化稀土YbCl<,3>与3-(2-吡啶甲基)茚基锂反应合成双配[3-(2-吡啶甲基)茚基]稀土氯化物时,由于发生了还原反应,得到了二价双配[3-(2-吡啶甲基)茚基]镱化物(C<,5>H<,4>NCH<,2>C<,9>H<,6>)<,2>Yb(Ⅱ)(THF).6.二价双配[3-(2-吡啶甲基)茚基]稀土配合物(C<,5>H<,4>NCH<,2>C<,9>H<,6>)<,2>Ln(Ⅱ)(THF)(Ln=Sm,Yb)对已内酯具有很好的催化聚合活性.聚合反应可控,并具有活性聚合的特征.