Ultrafast dynamics of four-state magnetization reversal in (Ga,Mn)As

The ultrafast dynamics of in-plane four-state magnetization reversal from compressively strained (Ga,Mn)As film was investigated by magneto-optical Kerr rotation measurement. The magnetization reversal signal was dramatically suppressed upon pumping, and recovered slowly with time evolution. The low switching field H-c1 increased abruptly from 30 to 108 G on the first several picoseconds and recovered back to the value before optical pumping within about 500 ps, whereas the high switching field H-c2 did not change obviously upon pumping, implying a domain-wall nucleation/propagation at low fields and coherent magnetization rotation at high fields in the magnetization reversal process.

Strong Spin-Orbit Interactions in an InAlAs/InGaAs/InAlAs Two-Dimensional Electron Gas by Weak Antilocalization Analysis

Spin-orbit interactions in a two-dimensional electron gas were studied in an InAlAs/InGaAs/InAlAs quantum well. Since weak anti localization effects take place far beyond the diffusive regime, (i.e., the ratio of the characteristic magnetic field, at which the magnetoresistance correction maximum occurs, to the transport magnetic field is more than ten) the experimental data are examined by the Golub theory, which is applicable to both diffusive regime and ballistic regime. Satisfactory fitting lines to the experimental data have been achieved using the Golub theory. In the strong spin-orbit interaction two-dimensional electron gas system, the large spin splitting energy of 6.08 meV is observed mainly due to the high electron concentration in the quantum well. The temperature dependence of the phase-breaking rate is qualitatively in agreement with the theoretical predictions. (C) 2009 The Japan Society of Applied Physics

Calculation of energy levels in InGaAs/GaAs quantum dot array

The subbands of the ground state E-c1, the first excited state E-c2 and heavy hole state E-HH1 are calculated by solving the eigenvalues of effective-mass Hamiltonian H-0 which is derived from eight-band k . p theory and the calculations are performed at k(x) = k, = k = 0 for the three-dimensional array of InGaAs/GaAs quantum dots (QDs). With indium content in InGaAs QDs gradually increasing from 30% to 100%,the intersubband transition wavelength of E-c2 to E-c1, blue-shifts from 18.50 to 11.87 mu m,while the transition wavelength of E-c1, to E-HH1, red-shifts from 1. 04 to 1. 73 mu m. With the sizes of Ir-0.5 Ga-0.5 As and InAs QDs increasing from 1.0 to 5.0 nm, the intersubband transition from E-c1, to E-C2 transforms from bound-state-to-continuum-state to bound-state-to-bound-state, and the corresponding intersubband transition wavelengths red-shift from 8.12 pm (5.90 pm) to 53.47 mu m (31.87 pm), respectively, and the transition wavelengths of E-C1 to E-HH1 red-shift from 1. 13 mu m (1.60 mu m) to 1.27 mu m (2.01 mu m), respectively.

钙钛矿型有机－无机杂化半导体材料的合成及其发光性质的研究

有机-无机钙钛矿型杂化半导体材料结合了有机和无机材料优点，并在分子水平上自组装形成复合材料，具有独特的光、电、磁等性质，在许多领域具有潜在的应用。基于第四主族金属卤化物的杂化钙钛矿是本论文研究的主题，这一类杂化钙钛矿材料是一类独特的半导体材料，其光功能引起人们越来越多的重视。 为此，本论文通过选择不同的有机阳离子配体制备了新型的基于卤化铅的有机－无机杂化钙钛矿结构单晶材料和薄膜，对它们的发光性质进行了研究。利用N-(3-胺基丙基)咪唑和溴化铅在氢溴酸溶液中反应得到了罕见的(110)取向杂化钙钛矿(C6H13N3)2PbBr4 (monoclinic, P21/c)。所得到的杂化钙钛矿在吸收(392 nm)及发射(424 nm)光谱中均存在激子的特征峰。同时，由于N-(3-胺基丙基)咪唑的光活性，得到的杂化材料具有独特的发光性质，在无机层与有机层之间发生了能量传递，使得有机配体的峰位发生红移并且发光强度明显增加。利用CASTEP (Cambridge Serial Total Energy Package) 总能计算软件包对配合物及配体的能带结构进行了计算。结果证明了配体在杂化材料中发光的红移及激子与配体间的能量传递。另外，还发现了一个有机配体2-(2-氨基乙基)硫脲也能够与金属卤化物络合形成(110)取向的有机－无机杂化钙钛矿结构C3H11SN3PbBr4(monoclinic P21/c)，由于有机配体的不同，2-(2-氨基乙基)硫脲构筑的(110)取向杂化钙钛矿结构较N-(3-胺基丙基)咪唑构筑的(110)取向杂化钙钛矿结构有较大程度的扭曲变形，使得它们的发光性质有所不同。 邻-(胺基甲基)吡啶，间-(胺基甲基)吡啶，对-(胺基甲基)吡啶在相同条件下与溴化铅组装，得到0-D [(m-C6H10N2)2PbBr6] (orthorhombic, Pbca), 1-D [(o-C6H10N2)PbBr4] (monoclinic, P21/c), 2-D [p-(C6H10N2)PbBr4] (orthorhombic, Pbca) 等不同维数的溴化铅骨架。其中间-(胺基甲基)吡啶与溴化铅在酸性条件下形成稀有的0-D杂化钙钛矿；邻-(胺基甲基)吡啶在相同条件下形成2-D层状杂化钙钛矿；对-(胺基甲基)吡啶则得到共边八面体组成的一维链。证实了有机配体氢键和空间位阻对无机结构的形成起限制作用。得到的杂化钙钛矿化合物的无机层激子特征吸收峰分别位于428 nm(0-D)和431 nm(1-D)，无机层激子特征发射峰位于461 nm (0-D)和467 nm(1-D)。 由于甲基咪盐的特殊胺盐构型，我们选用甲基咪盐取代的吡啶作为有机阳离子配体来构筑基于溴化铅的杂化钙钛矿，分别为3-甲咪基吡啶和4-甲咪基吡啶。3-甲咪基吡啶与溴化铅在酸性条件下构筑未见文献报道的即共点又共边的Pb-Br八面体连成无机层网络的杂化结构(C6H13N3)PbBr4 (monoclinic, C2/c)。4-甲咪基吡啶与溴化铅在相同条件下构筑的是常见的(100)取向的杂化钙钛矿结构(C6H13N3)PbBr4(orthorhombic, Pbca)。通过两个不同的化合物在结构和光学性质上的对比，表明有机阳离子配体对无机层结构以及杂化钙钛矿材料光学性质的影响。 在氢溴酸溶液中，组胺与卤化铅自组装成(100)取向杂化钙钛矿(C5H10N3)PbBr4 (monoclinic, P21/c)，(C5H10N3)PbCl4 (monoclinic, P21/c)。得到由扭曲的共角八面体组成的钙钛矿片层。受有机配体空间位阻及氢键的影响，无机层发生一定的扭曲，从而导致激子吸收较(分别位于419 nm，339 nm)线形脂肪胺有一定程度的红移。荧光光谱中存在基于溴化铅，氯化铅杂化钙钛矿激子的特征发射峰。另外作为比较，另一个复杂的有机胺3-氨基-1,2,4-三唑，在同样的条件下与PbBr2进行组装得到的是无机组分为一曲折的链状一维结构的杂化结构(C2H2N4)PbBr3 (orthorhombic, Pna21)。 线形的二咪唑配体2,2΄-(二咪唑基-甲基)苯和4,4΄-(二咪唑基-甲基)对联苯，由于其空间位阻与氢键的影响，与卤化铅的组装得到链状骨架。2,2΄-(二咪唑基-甲基)苯与氯化铅构筑的无机骨架是由共边铅氯三角锥连成的一维链状结构(C7H8N2)PbCl3 (triclinic, P-1)；与溴化铅形成类似交替排布的层状结构(C7H8N2)PbBr3 (triclinic, P-1)。4,4΄-(二咪唑基-甲基)对联苯构筑的氯化铅骨架为新奇的由共点的铅氯四方锥组成的类隧道形链(C20H21N4)Pb2Cl6•H2O (triclinic, P-1)；构筑的溴化铅骨架为由共边的铅溴八面体组成的双链(C20H21N4)Pb2Br6 (monoclinic, C2/c)。形成配合物的发光为配体本身的π-π*跃迁发光。 所合成的杂化钙钛矿材料都具有较好的成膜性，利用简单的旋涂法即可得到质量较好的薄膜材料，有利于对其进行光电研究。

手性吡啶醇基联萘酚衍生物的合成及其在不对称催化反应中的应用

C2-对称性的1,1’-联萘-2-酚(BINOL)及其衍生物在不对称催化等领域受到了广泛的关注。联萘酚自身能够与具有路易斯酸性的亲氧过渡金属配位完成不对称催化，但往往不能在不对称催化反应中给出满意的结果；可以通过对其骨架中多个可修饰位点的改造和修饰，从而影响金属中心周围的环境，达到不对称诱导的目的。因此对联萘酚的结构改造成为人们始终关注的焦点和努力的方向。 本论文以天然的手性酮(-)-葑酮、(+)-樟脑、(-)-薄荷酮为原料合成两个系列的手性吡啶醇类化合物2a-c，12a-b，并通过与3-或3,3’-单或双(硼酸嚬呐醇酯)- 2,2’-双(甲氧甲基)-1,1’-联-2-萘酚的Suzuki偶联反应在联萘酚的3,3’-位引入手性吡啶醇取代基，合成了两个系列手性联萘酚衍生物，十对非对映异构体8a-c，9a-c，19a-b，20a-b，所有反应中间体及最终产物均已用1H NMR，13C NMR，IR和ESI-MS表征和验证结构。 探讨了两个系列手性配体在芳香醛不对称ZnEt2加成反应、苯甲硫醚不对称氧化反应中的应用。其中，第一系列六对非对映异构体8a-c，9a-c在芳香醛的不对称ZnEt2加成反应中表现出中等的反应活性及较好的对映选择性，最高可达96% e.e.对映选择性；在苯甲硫醚的不对称环氧化中，这些配体表现出较好的反应活性和中等的对映选择性，最好可达51％e.e.对映选择性。第二系列四对非对映异构体19a-b，20a-b在芳香醛的不对称ZnEt2加成反应中也表现出中等的反应活性及较好的对映选择性(91% e.e.值)，但较第一系列配体要低一些；在苯甲硫醚的不对称环氧化中，这些配体同样表现出较好的反应活性和中等的对映选择性，但较第一系列配体显示出较高的手性诱导能力，e.e.值最高可达71％。 同时，将部分配体与金属钼(Ⅵ)配位合成手性金属配合物，对部分配合物进行单晶结构的表征，确定配合物中具有分子内氧桥键的结构。并初步探讨了金属配合物在非官能团化烯烃的不对称环氧化反应中的应用。

稀土离子的电荷迁移带与化学键性质研究

本论文主要研究的是掺杂在无机材料中的稀土离子的电荷迁移带，利用复杂晶体化学键的介电理论对晶体的化学键性质进行计算和分析，阐明了稀土离子的电荷迁移带与基质的化学键性质之间的规律，揭示了宏观电荷迁移带的微观机制，进而丰富和发展了稀土发光材料的理论知识。 根据大量掺杂稀土离子的化合物的电荷迁移带数据，利用复杂晶体的介电理论计算和分析出化合物的共价性、键体积极化率、配体在晶体中所呈现的电荷及配位数，进而得到由这四个参数定义的环境因子he。发现环境因子he能够有效地描述电荷迁移带的变化趋势,可以揭示电荷迁移的微观机制。具体获得了Eu3+、Sm3+和Yb3+在不同基质中的电荷迁移能与环境因子之间的定量关系。通过这些定量关系式，我们能够利用复杂晶体的介电理论来估算各种复杂晶体中稀土离子的电荷迁移带位置，为电荷迁移带方面的研究工作提供了理论依据。反过来，利用这一关系我们也可以从实验上测得的电荷迁移能数据来判断晶体结构的正确性。在此基础上，我们从化学键和YBO3：Eu的电荷迁移带的角度出发，研究了YBO3的结构，从而确定它的空间群为C2/c，排除了其他的可能性。 考虑到Eu3+的电荷迁移能随着基质平均能隙的增大而增大，而且利用复杂晶体化学键的介电理论可以估算化学键的平均能隙，我们研究了Eu3+在不同基质中的电荷迁移能与相应的化学键的平均能隙之间的关系，发现它们之间符合定量的线性关系。通过这一线性关系估算出的电荷迁移能与实验值一致，说明利用化学键的平均能隙来估算电荷迁移能的可靠性。在此基础上，我们预测了发光材料Gd4GdO(BO3)3:Eu的电荷迁移带位置，计算的结果与实验值相吻合；探索复杂化合物Li2Lu5O4(BO3)3:Eu中Eu3+取代的阳离子的格位，计算结果表明能量最低的电荷迁移带来源于Eu3+取代五种Lu中的Lu1格位，电荷迁移能的计算值与实验值一致。块状和纳米的Sr2CeO4分别通过高温固相法和溶胶凝胶法获得，根据电荷迁移能随平均能隙的增大而增大的规律，可以将激发光谱中出现的三个峰分别归属为：能量最高的激发峰来源于从O1到Ce的电荷迁移，能量最低的激发峰来源于从O2到Ce的电荷迁移，中间的峰是前面两种峰的叠加。

联萘基手性联吡啶的合成及其应用

本论文以手性联萘酚为手性源，合成一系列联蔡基手性联毗陡及其衍生物，歼探讨了部分手性配体在不对称催化氢转移等反应中的应用。同时，通过部分配体与金属离子配位合成了旋光纯手性金属配合物，并对其溶液性质进行了深入研究。主要工作和结论如下：利用Krohnke方法，从（R）-6-乙酞基-2，2'-二甲氧基-1，1'-联萘简洁地合成了6-[6-((R)-2,2'-二甲氧基-1，1'-联萘基）]-2，2'-联吡啶及其衍生物（R)-1a-e。在相似条件下，合成了6，6'-二［6-（2，2'-联吡啶基）］-1，1'-联萘衍生物（R）-27-b。利用Suztlki偶联反应，对化合物（R）-1e进一步进行修饰得到了高产率的6-芳基-6'-[6-((R)-2,2'-二甲氧基-1,1'-联萘基）〕-2，2'-联吡啶(R)-1f-i。通过（R）3-（4，4，5：5-四甲基-1，3，2-二唑硼烷基）2，2'-乙氧基-1,1'-联萘与6-溴-2，2'-联吡啶及其衍生物的Suzuki偶联合成了四种手性6-［3-（（R）-2，2'-乙氧基-1，1'-联萘基）］-2，2'-联吡啶衍生物（R）-3a-d。将（R）-27b与AgSO3CF3进行配位合成Ag（I）配位聚合物35。固态下，35具有M构型的无限单股螺旋结构，且每个Ag（I）中心的手性受到配体，扫联蔡基的控制，其构型为Λ。在用MS、CD、UV及NMR对配合物35的溶液性质进行深入研究时发现，在溶液中配合物35离解为剂聚体，同时齐聚体之间存在快速平衡，且平衡随浓度、温度等条件的不同而发生改变，配体的平衡构象也相应被调整。另外，合成了Ag（I）与(R)-1d的单核配合物34，其洛液表现出与配台物35相似的性质。探讨了1a-i在苯乙酮氢转移还原、苯乙烯环丙烷化等不对称催化反应中的应用。在这些反应中，大部分配体表现出很好的反应活性，但立体选择性比较差。以(S)3，3'-二（4，4，5．5-四甲基-1，3，2-唑硼烷基于-2，2'-二（甲氧亚甲氧基）-1,1'-联萘为原料与2-溴吡啶及其衍生物先进行Stlzuki偶联，再经水解反应较高产率地合成了C2-对称性新型（S）-3，3'-二吡啶丛联茶酚衍生物（S）-38a-d。

P_(507)萃取分离Gd、Tb、Dy三出口工艺及多元稀土萃取分离数学模拟的研究

溶剂分馏萃取是分离、提纯、富集物质的有效方法之一，由于它具有分离效果好，易于操作等优点。因此，在稀土萃取分离工艺中得到了广泛的应用。但是，每个分馏萃取工艺只能分离两个组份，若要分离所有稀土元素，流程较长。为改进生产，本工作提出了一种三出口萃取分离工艺流程。这种工艺流程可视为由两个萃取段和两个洗涤段组成，由于在两个洗涤段中，两相稀土浓度较高、稀土交换量较大，故可使级数减少。采用此工艺流程进行了P_(507)萃取分离Gd、Tb、Dy三组元素的串级模拟实验，得到了纯度大于99.99％的La－Gd，纯度大于99.8％的Dy－Lu和含量高于65％的Tb_4O_2富集物。Tb的收率大于95％。串级总级数为38级。通过对P_(507)萃取实际体系中稀土元素行为的研究，建立了多元体系中稀土在两相分配的经验模型。Z＝C_1H~(C2)×T~(C_3)e~(c_4X(Tb)+C_5X(Dy))和具有一定物理意义的半热力学半经验模型。YT=(Z/H)~3[Σ from i=1 to m of CiXi + Co]根据氨化P_(507)萃取工艺中稀土总浓度在两相的分布规律，提出了一种适合氨化P_(507)萃取分离多元混合稀土工艺的串级计算方法，并用FORTRAN语言编写 了计算程序。使用自编的计算程序进行了氨化P_(507)萃取分离Gd、Tb、Dy三出口工艺的串级模拟计算，计算结果与实验值基本一致。同时，对文献中报导的中间某级开设出口的一分三工艺也进行了串级计算，根据计算结果讨论了两种工艺的优缺点。对恒定混合萃取比的多元稀土萃取分离工艺，进行了在不同串级条件下分界元素在各级的积累及易萃组份和难萃取份的有效分离系数在各级变化规律的计算。结果表明，有效分离系数在级体中出现一极小值β~*，并且β~*值的大小与其出现在级体中的位置随条件不同而改变。对同一萃取体系，当出口产品较纯时，用线性回归分析法关联计算数据得到了β~*与出口产品组成和总萃取比的经验关系式，在萃取段有（A、B与C分离的工艺）β~*/β_B~C=C1+C2EM+C_3ln (A1)/(B1)引入有效分离系数后，进行了环烷酸萃取分离钇与镧系元素的串级模拟计算，计算结果与实验值基本吻合。

24-二甲基戊二稀土化合物的合成

本文叙述了2.4-二甲基戊二烯基稀土金属有机化合物的合成并通过元素分析，红外光谱、核磁共振谱及质谱的鉴定。测定了Gd(2.4-GH_(11))_3的单晶结构，此外还合成了（2.4-GH_(11)K.TMEDA及K_2C_8H_8·3THF并也测定了它们的晶体结构。在所合成化合物的红外光谱中，没有属于C=C双键的吸收峰，表明分子中配位体以η~5形式的大π键体系与稀土金属离子结合，在Ln(2.4-GH_(11))_2Cl·TMF和Ln(2.4-GH_(11))Cl_2·GH_THF的红外光谱中，于1060波数附近出现一强而宽的吸收峰，即化合物中有四氢呋喃分子络合。化合物的室温NMR谱有四个吸收峰，2.4-二甲基戊二烯配位体可能为η~5平面∪或W构型。化合物的水解'H-NMR谱与质谱都证实水解产物为2.4－二甲基－1.3－戊二烯。它是－2.4二甲基戊二烯阴离子水解所得的唯一产物，它表明化合物中的配位体确为2.4－二甲基戊二烯阴离子。(2.4-GH_(11))_2Cl·TMDA配合物晶体结构是应用低温X－射线衍射技术用Nicolet R_3 M/E型四园衍射仪LT－1低温装置并利用重原子法测定的最小二乘法精修至收敛时的一致性因子R=0.055. Rw=0.057。晶体属单斜晶系P21/n空间群。晶胞参数a=11.322(4)A, b=9.242(3)A, c=15.956(5)A. β=106.70(3)分子中2.4－二甲基戊二烯阴离子呈平面∪构型。钾离子与四甲基乙二胺二啮体结合形成的络合阳离子和2.4-二甲基戊二烯阴离子相间排列形成无限链状结构分子。2.4－二甲基戊二烯阴离子的C－C键长明显分为中间与外端C－C键两组。外端组C－C键双性质较强键长较短。表明C3具有负电荷的共振杂化体贡献较大。分子中K－C键最短的是K-C(1.5)。而不是具有较多负电荷的C3－K键。这可能是由于几何因素造成的。K_2C_8H_8·3THF的晶体结构是采用与前者相同的方法测定的。它属三斜晶系，PT空间群，晶胞参数a=10.263(3)A, b=13.157(4)A, c=9.443A, α=87.51(2)°, β=114.93(2)°, γ=76.81(2)°. V=1111.6A, R=0.051. 晶体中负二价的环辛四烯阴离呈平面构型，具有中心对称性，两侧与两中心对称相关的钾离子连接，相邻的非等效的钾离子间通过两四氢呋喃分子的氧原子相连接，从而形成了无限链状结构的分子。环辛四烯反映了Huckel的4n+2芳香性规则。该结构的特别之处在于四氢呋喃分子的氧原子以桥键形式与两个钾离子同时连接。而这种形式的桥键在其它化合物中似还未发现。Go(2.4-GH_(11))_3的晶体结构亦是采用与前述相同的方法测定的。其晶体为三斜晶系，PT空间群，晶胞参数a=12.541A, b=12.853A, c=8.432A, α=91.44°, β=108.61°, γ=117.97°, V=112.54A~3. 结构测定表明，Gd(2.4-GH_(11))_3分子具有C_3h对称性。三个配位体阴离了的九个带负电荷的碳原子近似以三帽三角棱柱形式与钆离子配位。分子中2.4－二甲基戊二烯阴离子的C－C键长－亦分为而组。外端C－C键较中间C－C键强，键长较短，亦表明C3具有较多的负电荷。2.4－二甲基戊二烯阴离子本身近似呈平面∪构型。C2,C4偏离由C1 C3 C5三碳原子构成的平面0.067A。方向上远离中心钆离子。可能在此以离子性为主的化合物中，钆离子与不带电荷的C2 C4间的相互作用有些排斥性质。与Nd(2.4-GH_(11))_3不同的是，在Gd(2.4-GH_(11))_3分子中，Gd-(C(1,5）键最短，而不是Gd-C(3)键。这可能是由于钆离子的半径较小，化合物的空间位阻效应较大所致。

氧络铬卟啉配合物的合成结构及其氧化活性研究

本文选择不同配体（苯酚类和迭氮）通过Cr(III)(TPP)Cl (Al)的氧化还原取代，分别合成了四个新的铬（III）卟啉配合物，Cr(TPP)N_3P_Y(B_1), P-O_2NC_6H_4OCr(TPP)·THF (C1), P-CH_3OCoH_4OCr(TPP)·THF (D1), Cr(TPP)OC_6H_5·THF (E1)。通过元素分析，红外光谱、~1H NMR、ESR、MS和UV-Vis等分析、表征，确认了以上四种化合物。B1单晶进行了X－射线分析，得其晶体结构和分子结构，从而进一步证实了B1的组成。在CH_2Cl_2或C_6H_6中，氮气保护下，用PhIO直接氧化以上五种铬（III）卟啉配合物，合成并分离出了相应的高价氧络铬卟啉配合物，(PhI) O=Cr(▽)(TPP)Cl (A2), (PhI) O=Cr(▽)(TPP)N_3, (B2), P-O_2NC_6H_4O Cr(▽)(TPP) (1/2IPh) (C2), P-CH_3OC_6H_4O Cr(▽)(TPP) (1/2IPh) (D2), PhIO- Cr(IV)(TPP) (OC_6H_5)·P_Y (E2)。通过研究其元素组成，IR、UV－Vis、ESR、MS等分析，确定了以上五种化合物的组成。基中PhI和P_Y分子的位置尚无法确定。这两类高价氧络铬卟啉，是继右淑珍等第一次得到P450模型化合物的活性中间体－氧络铬（▽）四苯基卟啉对硝基苯甲酸配合物后，又一次得到的苯酸类和迭氮氧络铬卟啉配合物。不同的是，氧络铬（▽）卟啉配合物中都各有PhI分子，化合物E2是第一次得到的关键氧络铬（IV）卟啉配合物，类似于PhIO－Mn~(IV)(TPP)(P-H_2N C_6H_4 CO_2)。高价氧络铬卟啉配合物不稳定，室温下分解，暴露在空气中同时发生分解和还原。不过低温下比较稳定。在CH_2Cl_2或C_6H_6中，我们研究了上述五种氧络铬及Cr(TPP)ClPhIO对碳氢化合物和DNA碱基的氧化反应。不同摩尔比的PhIO-Cr(TPP)Cl对环已烷的氧化给出相同的产物，但转化率和产物分布不同。Al-PhIO和C_2-PhIO体内对碱基胞嘧啶，胸腺嘧啶，腺嘌呤的氧化反应呈阳性，氧化产物中都有尿素CO(NH_2)_2，其中胸腺嘧啶的氧化产物中含有CH_3CO-或CH_3CHOH。这说明氧络铬卟啉配合物能够氧化DNA碱基。氧络铬卟啉具有较高的氧化活性和立体选择性。比较不同轴向配体的氧络铬卟啉的氧化活性，其大小次序正好与其轴向配体的配位能力次序一致。这是由于轴向配体的给电子能力越强，通过中心离子铬向其周围转移的电荷就越多，导致氧络键的强度减弱，即其活性增加。上述研究结果表明，铬（III）卟啉配合物是P－450的较好的模型化合物，氧络铬卟啉配合物是其活性中间体。同时该研究结果支持了Groves等提出的定居卟啉配合物催化氧化机理。

Anti-HER-2-SEC2融合免疫毒素的构建和活性研究

以PCR技术从金黄色葡萄球菌基因组DNA中首次克隆编码成熟SECZ蛋白的全基因sec2。该基因共717bp，编码239个氨基酸，Genbank Accession number：AY450554。构建了SEC2的表达载体pET-28a-sec2，并在大肠杆菌BL21（DE3）中高效表达可溶性rSEC2蛋白。经亲和层析纯化，其纯度在95％以上，平均回收量为每升培养物40mg。纯化的rSEcZ保持了与野生型相当的生物学活性。以限制性核酸内切酶连接技术分别将两个抗人表皮生长因子受体HER-2单链抗体基因通过DNA Linker与sec2融合，构建融合基因b-l-sec2和ml小sec2，并以两种方式表达纯化。以pET-32a表达载体在E，coliAD494（DE3）中以氨基端融合大肠杆菌硫氧还蛋白（TrxA）形式高效表达融合蛋白TRX-B-L-SEC2和TRX-ML-L-SEC2，经亲和层析纯化，并以肠激酶切割得到成熟融合免疫毒素B-L-SEC2和ML-L-SEC2，其纯度在95％以上，平均回收量为每升培养物smg；以构建的新型表达载体pASK-75-EX在E.coliBL21（ED3）中以不溶性包涵体形式表达融合免疫毒素蛋白，经变性、纯化和复性后得到具有生物学活性的融合免疫毒素，其纯度在95％以上，平均回收量为每升培养物30mg。以两种方式制备的融合免疫毒素都保持了SECZ蛋白的免疫原性，都能有效刺激人外周血单个核细胞的增殖，并且都显示出在体外与HER-2过表达的乳腺癌细胞SK-Br-3特异性结合能力，具有显著的靶向性抑瘤作用。用PcR方法扩增了编码TrxA蛋白的基因trxA并克隆至表达载体pET-28a启动子上游，构建了一种在单质粒中利用两个相同的启动子游离共表达硫氧还蛋白与目的蛋白的表达载体。利用该载体可使TrxA与外源蛋白在大肠杆菌BL21（DE3）中以非融合形式高效共表达。共表达的TrxA可明显促进外源蛋白单链抗体ML3.9（scFv-ML）、3一轻基苯甲酸-6-单加氧酶（3HBA）的可溶性表达；并明显减少肠毒素C2（SEC2）、结核杆菌螺旋酶A亚基（GYRA）的包涵体表达。

激波管壁AlO自由基B~2∑~+-X~2∑~+和C~2∏_r-X~2∑~+带系辐射光谱的研究

爆轰驱动过程中产生的高温高压气流对铝质膜片、激波管壁产生烧蚀和冲刷作用,以致激波管壁、端盖上附有氧化铝等杂质,而高温下AlO自由基在气体分子的高速碰撞下被激发并产生强烈的辐射,从而干扰了高温气体辐射光谱的分析。用爆轰驱动加热技术将空气加热到4 000~7 000 K,利用多通道光学分析仪对AlO自由基辐射光谱进行分析,实验发现在460~530 nm波长范围内有多支辐射非常强烈的AlO自由基B2Σ+-X2Σ+(T00=20 689 cm-1)带系辐射谱带,且每支谱带都由多个带头组成,带头间隔约为2 nm,带头处于高频位置并向低频方向伸延。通过实验与理论计算相结合,重点分析了AlO自由基B2Σ+-X2Σ+带系辐射光谱的结构特征。AlO自由基C2Πr-X2Σ+(T00=33 047 cm-1)带系辐射光谱处于270~335 nm波长范围内,其辐射强度相对于B2Σ+-X2Σ+带系较弱,并且与OH基A2Σ+-X2Π(T00=32 682 cm-1)带系辐射光谱互相干扰而难以分辨,对该波段高温空气的辐射光谱分析产生不利的影响。

瓦山安息香中苯并呋喃促雌激素合成的机理研究

雌激素是人体内重要的激素之一，具有广泛的生理功能。雌激素缺乏与许多疾病相关，如卵巢功能低下，更年期综合征以及骨质疏松等；雌激素过剩也将导致某些疾病，如乳腺癌、卵巢癌、子宫内膜癌等。目前，如何降低肿瘤组织中的雌激素水平而达到治疗肿瘤的目的，已经得到广泛的研究，但促雌激素生成或调节卵巢功能药物或其相关研究则很少。 本实验室前期的研究发现，瓦山安息香属植物果实中的乙醇提取物具有促雌激素生成作用，通过活性追踪和结构鉴定，确认促E2 生成的主要成分为苯并呋喃类化合物。苯并呋喃类化合物的作用与芳香酶有关，但其确切的作用机理有待证实和深入研究。 为了探讨安息香苯并呋喃类化合物的促雌激素合成的作用机理，拟采用如下的实验方案： 1、细胞学方面，对小鼠3T3-L1 前脂肪细胞、人乳腺癌细胞MCF-7、MDA-MB-231 以及人卵巢癌细胞OVCAR-3、OVCAR-4、OVCAR-5、OVCAR-8、IGROV1 等细胞株，采用RT-PCR 和ELISA 方法研究芳香酶Aro基因的表达和雌二醇E2 的生成，芳香酶抑制剂Formestane 作为阳性对照，研究时效曲线和量效曲线，确定安息香苯并呋喃类化合物SP25 的有效浓度和作用时间。 2、RNAi 方面，设计合成了针对人芳香酶Aro基因的3 对RNAi 序列，转染入细胞，芳香酶促进剂Forskolin 和地塞米松、芳香酶抑制剂Formestane 作为阳性对照，采用实时定量PCR 技术，研究RNA 干扰后，安息香苯并呋喃类化合物SP25 对人芳香酶Aro基因表达水平瓦山安息香苯并呋喃促雌激素合成的机理研究的影响。 3、雌激素受体方面，设计一段ERE 的雌激素调控元件，构建重组荧光素酶报告基因载体，瞬时转染人乳腺癌细胞株MDA-MB-231，建立针对雌激素受体的报告基因筛选模型，观察安息香苯并呋喃类化合物SP25 对雌激素受体的选择性和亲和力，从受体水平考察安息香苯并呋喃类化合物SP25 促进雌激素生成的药理学机理。 实验结果显示： 1、分化后的小鼠3T3-L1 前脂肪细胞、人乳腺癌细胞MCF-7 、MDA-MB-231 以及人卵巢癌细胞OVCAR-3、OVCAR-4、OVCAR-8 等细胞株具有芳香酶基因的表达。睾酮向雌二醇的转化能够被芳香酶抑制剂Formestane 所阻断，其中OVCAR-3 最适合进行下一步的RNAi研究。 2、RNAi 实验结果显示，设计的3 对RNAi 序列中R2 的干扰效果最强，相应的阴性对照C2 与R2 的表达量相差118 倍（24 小时）和19 倍（48 小时），显示R2/C2 这组序列可用于进一步的RNAi 试验。以R2 干扰OVCAR-3 细胞株，药物作用24、48 小时后，芳香酶抑制剂Formestane 与R2 相对表达量相比分别为0.83 倍和0.04 倍；芳香酶促进剂Forskolin 与R2 相对表达量相比分别为3.61 和1.84 倍；芳香酶促进剂地塞米松与R2 相对表达量相比分别为5.76 倍和3.49倍；苯并呋喃类化合物SP25 与R2 相对表达量相比分别为8.13 倍和4.59 倍。实验证实安息香苯并呋喃类化合物SP25 能够促进因RNAi 而发生基因沉默的人芳香酶Aro表达水平的上调。 3、雌激素受体实验结果显示，构建成功重组pERE-pGL3-promoter 荧光素酶报告基因载体和基于报告基因系统的雌激素受体激动剂或拮抗剂的细胞筛选模型。实验结果表明安息香苯并呋喃类化合物SP25 与雌激素受体ERα和ERβ亲和力选择性之比约为3：1 ，SP25通过与雌激素受体ERα结合作用其受体，刺激芳香酶的表达。 本课题通过RNA 干扰、ELISA、荧光实时定量PCR、报告基因筛选模型等技术手段，从细胞水平、蛋白酶水平和基因表达水平、雌激素受体水平等方面系统地研究了从瓦山安息香属植物果实中提取的苯并呋喃SP25 促进促雌激素生成的机理研究。试验结果显示苯并呋喃类化合物SP25 促雌激素生成的主要作用机制是直接促进芳香酶基因表达水平，以及与雌激素受体a 结合，刺激芳香酶活性。 Estrogen is an important hormone that has versatile physiologicalfunctions. Lack of estrogen will lead to many diseases such as lower ovarianfunction, climacteric syndrome and osteoporosis. Excessive estrogen alsoinduces breast carcinoma, oophoroma and endometrial carcinoma and otherdiseases. To depress the estrogen level in tumor tissue to cure carcinomawas widely studied, but there is only few studies reported on the induction ofestrogen and on the regulation of ovary function. We found that the extracts from seeds of Styrax perkinsiae couldpromote the synthesis of estrogen. The active compounds benzofurans wereidentified. Effect of benzofurans may be related to aromatase, but the mechanism was not clear. To reveal the mechanism of these benzofurans to promote estrogensynthesis, the following protocols were adopted: 1 Cytology: 3T3-L1 preadipocytes,human ovary carcinoma celllines OVCAR-3,OVCAR-4,OVCAR-5,OVCAR-8,IGROV1 andbreast carcinoma cell lines MCF-7 and MDA-MB-231 were usedto determine Aro gene expression and estrogen production withRT-PCR AND ELISA methods. Formestane, an aromataseinhibitor, was used as positive control. And dose-curve,time-curve and the effective concentration of SP25 were also studied. 2 Designed 3 pairs of RNAi for human aromatase gene, andtransfected into cell. Aromatase inducer Forskolin andDexamethasone, and aromatase inhibitor Formestane were usedas positive controls. We studied the change of Aro expressionlevel with SP25 by using real-time PCR after RNA interfering. 3 Estrogen Receptor: We constructed the recombined Luciferasereport vector and establish a screening system for estrogenagonist and antagon. With this system, we studied the affinity ofSP25 and estrogen receptor. Results: 1 Differentiated 3T3-L1 preadipocytes¡¢human ovary carcinomacell lines:OVCAR-3, OVCAR-4, OVCAR-8 and breast carcinomacell lines MCF-7, MDA-MB-231 had detected aromatase geneexpression.And OVCAR-3 is more suitable for further aromatasegene function research. 2 In RNAi assay, R2 has a strong interfering effcet in OVCAR-3 cellline, and ratio of C2 (the negative control) to R2 were 118 times(24 hours) and 19 times (48 hours). This means sucessful inRNA interfering. After R2 acted on OVCAR-3 cell line, the ratiosof formestane to R2 were 0.83 and 0.04 times, 5.76 and 3.49times (Dex), 3.61 and 1.84 times (forskolin) and 8.13 and 4.59times (sp25) after drug treated 24 or 48 hours respectively.These results indicated that SP25 can directly induce aromatasegene up-regulation. 3 We had constructed pERE-pGL3-promoter recombined vectorand the Luciferase report gene screening system. Luciferasereport gene assay showed that sp25 had a higher affinity with strogen receptor alpha than estrogen receptor beta, this indicated that SP25 can act on estrogen receptor and induce aromatase. Our results revealed that the mechanisms of benzofuran to promoteestrogen were the upregulation aromatase gene expression and promotion ofaromatase activity and have partially elective affinity with estrogen receptoralpha.

手性有机小分子路易斯碱催化剂的设计、合成及其在亚胺不对称还原中的应用

手性胺是合成天然产物和手性药物的重要中间体，亚胺的不对称催化还原是制备光学活性手性胺的最直接有效的方法之一。但是，由于C＝N双键的反应活性较弱以及容易发生E/Z异构等问题，亚胺的不对称催化还原具有很大的挑战性，既具有高对映选择性又具有宽广底物普适性的催化剂很少。 本文分别由手性脯氨酸、哌啶酸、哌嗪酸以及氨基醇出发，设计和合成了一系列结构新颖、合成简便、性能优良的酰胺类有机小分子路易斯碱催化剂，以廉价的三氯氢硅为氢源，用这些催化剂催化亚胺不对称还原，得到了非常优良的收率、对映选择性和前所未有的底物普适性。 文献研究认为，除N-甲酰基外，分子内含有芳香酰胺是能催化亚胺还原的有机小分子路易斯碱催化剂具有较高对映选择性的必要条件，我们研究发现N-甲酰脯氨酸非芳香酰胺类催化剂（包括结构简单的C2-对称型脯氨酰胺类催化剂），对N-芳基酮亚胺的还原可获得达86%的对映选择性，远高于同类芳香酰胺催化剂，证明N-甲酰非芳香酰胺类路易斯碱催化剂在亚胺还原中也能得到高的对映选择性。 在进一步研究中，我们以手性六元哌啶酸为模板，分别设计合成了N-甲酰哌啶酸芳香酰胺和N-甲酰哌啶酸非芳香酰胺两类催化剂，其中芳香酰胺催化剂（S）-N-（甲酰基）哌啶-2-酸-1-萘基酰胺（28）和非芳香酰胺催化剂（2S,1'S,2'S）-N-（甲酰基）-哌啶-2-酸（1',2'-二苯基-2'-乙酰氧基-乙基）酰胺（30）显示出非常优良的催化活性和对映选择性，对于N-芳基芳香酮亚胺的还原，无论是缺电子体系还是富电子体系，绝大部分都能得到很高的收率（达98%）和对映选择性（达96% ee)。特别值得一提的是30对一些脂肪族亚胺和α,β-不饱和亚胺的还原，虽然底物为E/Z混合物，也能得到很高的收率（达93%）和对映选择性（达95% ee)，这样的底物普适性在过渡金属催化体系中也是前所未有的。 现有的催化亚胺还原的高对映选择性催化体系大多仅适用于甲基酮亚胺底物，对位阻较大的非甲基酮亚胺很难获得好的结果。我们以L-哌嗪酸为模板设计和合成出的（S）-N-（甲酰基）-哌嗪-2-酸-4-对叔丁基苯磺酰基-苯基酰胺不但对N-芳基甲基酮亚胺有很好的对映选择性（达90% ee)，而且对于大位阻的N-芳基非甲基酮亚胺有更好的对映选择性（达97% ee)。该催化剂与30在底物普适性方面具有很好的互补性。 我们还设计了基于1,2-二苯基氨基醇为模板的新型N-甲酰路易斯碱有机小分子催化剂，首次发现结构简单的N-甲酰（1S,2R）二苯基氨基醇能较好的催化N-芳基酮亚胺，最高可以得到82%的对映选择性。 针对我们设计合成的结构新颖、性能优良的催化剂，我们对催化机理进行了探讨和解释，提出了几个假想的机理模型。 Catalytic enantioselective reduction of imines represents one of the most straightforward and efficient methods for the preparation of chiral amines, an important intermediate for the synthesis of natural products and chiral drugs. However, asymmetric reduction of imines remains a big challenge and highly enantioselective catalysts with a satisfactorily broad substrate scope remain elusive. Factors contributing to the difficulty of this transformation include the weak reactivity of the C=N bond and the existence of inseparable mixtures of E/Z isomers. Starting from chiral proline, pipecolinic acid, piperazine-2-carboxylic acid and 1,2-diphenyl amino alcohol, a series of structurally simple and easily prepared amides were developed as highly effective Lewis basic organocatalysts for the asymmetric reduction of imines with trichlorosilane as the reducing agent, which promoted the reduction of N-aryl imines with high yields and excellent enantioselectivities with an unprecedented substrate spectrum. In the literature, it has been believed that besides the N-formyl group, the existence of an arylamido group in the structure of Lewis basic organocatalysts is a prerequisite for obtaining high enantioselectivity in the catalytic reduction of imines. However, we found that the N-formyl-L-prolinamides bearing non-arylamido groups, including structurally simple C2-symmetric tetraamides, could also work as effective Lewis basic catalysts to promote the asymmetric reduction of ketimines with high enantioselectivities (up to 86% ee), which are even more enantioselective than the analogues with arylamido groups. In further studies, we developed novel N-formamides with arylamido groups and non-arylmido groups as Lewis basic catalysts using the commercially available L-pipecolinic acid as the template. The catalysts (S)-1-formyl-piperidine-2-carboxylic acid naphthylamide 28 and (2S,1'S,2'S)-acetic acid 2-[(1-formyl-piperidine-2-carbonyl) -amino]-1,2-diphenyl-ethyl ester 30 were found to promote the reduction of a broad range of N-aryl imines in high yields (up to 98%) and excellent ee values (up to 96%) under mild conditions. Furthermore, catalyst 30 also exhibited high enantioselectivities (up to 95% ee) for the challenging aliphatic ketimines and α,β-unsaturated imines despite that these imines exist as E/Z isomeric mixtures. The broad substrate spectrum of this catalyst is unprecedented in catalytic asymmetric imine reduction, including transition-metal-catalyzed hydrogenation processes. Many of the currently available highly enantioselective catalytic systems only tolerate methyl ketimines, which gave poor results for bulkier non-methyl ketimines. Starting from L-piperazine-2-carboxylic acid, we developed (S)-4-(4-tert- butylbenzenesulfonyl)-1-formyl-N-phenyl-piperazine-2-carboxamide as highly enantioselective Lewis basic catalysts for the hydrosilylation of both methyl ketimines and steric bulky non-methyl ketimines. Moreover, higher enantioselectivities were obtained for non-methyl ketimines than methyl ketimines under the catalysis of this catalyst. Thus, this catalyst system complements with 30 in terms of the substrate scope. We also found that easily accessible (1R,2S)-N-formyl-1,2-diphenyl- 2-aminoethanol worked as an effective Lewis basic catalyst in the enantioselective hydrosilylation of ketimines, affording high enantioselectivities (up to 82% ee) for a broad range of ketimines. To rationalize the high efficiencies of the structurally novel catalysts we developed, several catalytic models have been proposed.

一种新奇的甲烷氧化细菌——能兼性营养和厌氧生长的沼气甲基弯菌

经过细心的条件选择实现了无甲烷条件下甲烷氧化菌沼气甲基弯菌81Z(methylosinus methanica 81Z)利用C2化合物的生长，同时 发现二碳代谢中间产物甘氨酸的胞外积累及对生长的抑制作用。又在此基础上从81Z原种中富集得到一株菌81Z-A，兼性生长能力大 幅度提高，而且除乙酸外又能利用丙酮酸、苹果酸、柠檬酸、葡萄糖而生长。对细胞氧化各种有机底物时氧吸收的测定及酶分析结 果发现了在其它甲烷氧化细菌中未曾发现的异柠檬酸裂解酶和苹果酸酶的存在，表明81Z除了具有通常II型菌的碳代谢途径外，具 有特殊的补偿代谢途径——乙醛酸支路以及从乙酸生糖的回补途径。因此推证其兼性生长的能力是固有的，从而说明了甲烷氧化菌 的专一性概念没有普遍意义。说明了81Z还能在含有二碳的培养基中厌氧生长，包括细胞的分裂和增值行为。虽然这种厌氧生长还 很弱，但至少可以说明它不是严格好氧的，这对于传统的关于甲烷氧化菌的严格好氧的概念是一个冲击。81Z正常条件下是利用甲 烷而生长的，当供给它乙酸、乙醛酸和丝氨酸时能促进含C-C键有机物氧化的活性，而对甲烷单加氧酶和其它C2化合物的氧化有抑 制或阻遏作用，对碳同化的丝氨酸途径的关键酶羟基丙酮酸还原酶有阻抑作用。同时也证明了81Z的甲烷单加氧酶和甲醇氧化活性 可被甲烷、甲醇所诱导，而因甲酸而降低。The growth of Methylosinus methanica 81Z on C2-compounds without methane was realized by selecting suitable conditions. The intermediate product Gly from its C2 metabolism was found to accumulate out cells and inhibit its growth. 81Z-A, which was obtained from 81Z by richening, could grow on C2- compounds rapidly. It can even grow on pyruvate, malate, citrate and glucose. The results of measurements of oxygen consumption by cell suspensions in the presence of various organic compounds and the results of enzyme assays of detected activities of isocitrate lyaze and malic enzyme in cell extracts which were not found in other methantrophs showed that 81Z possesses not only the regular carbon metabalic pathways but also some peculiar anaplerotic pathways--the glyoxylate cycle and the gluconeogenic pathway from acetate. As a consequence of these studies, its ability of facultative growth is inherent. Therefore, the concept of obligate dependence on C2- compounds of methanotrophs is not of universal significance. The ability of 81Z's growth(including desintegration and proliferation behaviour) on C2-compounds anaerobically was also demonstrated. Despite of the weakness of this growth, at least it could be said that 81Z is not strictly aerobic. This is a strike to the traditonal concept about the strictly aerobic action of methanotrophs. Regularly, 81Z grows on methane. The presence of acetate, glyoxylate and serine could increaze its ability of oxidizing the organic coumpounds containing C-C ponds. In contrast, they could inhibit the activities of MMO and other C2-compounds oxidation, they also repressed the key enzyme hydroxypyruvate reductase of the serine-pathway for carbon assimilation. At the some time, it was testified that the activities of MMO and methanol oxidation were inducible by methane or methanol and were lower in the presence of formate.