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元素化学:硅烷与硅原子簇状化合物

引言 作为碳($\ce{C}$)在周期表中的同族元素,$14$ 号元素硅($\ce{Si}$)一直吸引着人类这种充满好奇心的碳基生物的视线。作为地壳中含量第二高的元素,硅氧化物和硅酸盐体系是构筑整个大地的基础,但它们的结构之复杂,形态之多变,使得人们到现在也没有完全弄明白其中的奥秘。 (上图:$Si$ 元素在周期表中的位置) (上图:一种沸石(属铝硅酸盐)的阴离子局部结构,图中每一条黄线都是 $\ce{Si-O-Si}$ 的链,部分 $Si$ 被 $Al$ 取代) 同样的事情发生在硅的氢化物——硅烷身上。由于碳氢化合物在有机化学中的地位,硅氢化合物自然也是研究的重点。早期化学家希望用有机化学的方法去合成和研究硅烷,可实践却证明这条路行不通。硅烷与碳烷的性质大相径庭,前者...

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关于叶绿素A全合成的详细解析

谨以此文,纪念“有机合成之父”罗伯特·伯恩斯·伍德沃德($Robert~Burns~Woodward$)逝世四十五周年。 注:如果本文中有任何错误或疏漏,请务必联系作者或在评论中写出。不胜感谢! 1.前情提要 相信应该没有人不曾听闻过这类被称为叶绿素($Chlorophyl$)的物质。作为这个星球上光合作用的核心,这类外表看上去毫不起眼的色素支撑起了整个仰赖阳光的生态系统,并在几亿年来一直庇佑着其下的生灵,可谓是生命在进化过程中最伟大的创造之一。 (上图:一大堆叶绿素实物) 而在叶绿素中,最引人注目的当属叶绿素A。作为绝大部分植物光合作用的作用中心色素,叶绿素A分子是将光能转化为化学能的最重要一环。它的分子结构如下图所示,具有一个标志性的卟啉环,中心还有一个配位的 $Mg...

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元素化学:硼烷的结构、性质与其他秘密

引言 烷,这个字最初被赋予给了饱和碳氢化合物。任何了解有机化学的人都知道,它们的结构可以多么复杂多变,令人叹为观止。 但随着化学不断向前发展,人们逐渐发现,这项技术似乎也并不是碳的专利。先是各种高级硅烷和它们的衍生物,尽管 $Si-Si$ 键比 $C-C$ 键弱,硅原子自相结合成链的能力也比碳弱得多(至今在化合物中最长的确认的 $Si$ 链长度也只有 $14$,存在于 $\ce{Si14F30}$ 中),但这已经证明,作为碳的同族元素,硅元素氢化物的世界可能比我们早先想的更加复杂一些。 (上图:目前被确认的含有最长硅链的硅烷衍生物 $\ce{Si14F30}$) 同样的事情发生在碳左侧的元素——我们今天的主角硼元素的身上。人们很早就合成了最简式为 $\ce{BH3}$ 的硼...

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有机反应汇总(一)——偶联反应

前言 偶联反应,又名耦合反应、偶合反应、耦联反应,是有机化学中的一类重要反应。广义的偶联反应是指将两个或以上的有机单位连为一体的反应,按此定义,酯化反应、醚化反应等都可以归为此类。而狭义的偶联反应指有机金属化合物、重氮化合物等物种参与或催化的 $C-C$ 或 $C-X$ 成键反应。 可以看出,偶联反应的定义并不十分明确,且与缩合反应的定义由很大的重叠,但我们也必须承认,偶联反应无疑是有机合成中最重要的反应之一,且至今依然活跃。 这篇文章汇总了 $50$ 个非常重要的偶联反应。由于定义问题,这里只收录了“典型”的偶联反应(主要参考了《$Name~Reactions,J.Jack~Li$》和《基础有机化学》(北大邢其毅版)的意见,这些反应基本都符合狭义定义。没有包括烯烃复分解反应)。...

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化学杂谈:一些具有有趣几何结构的物质及其制备

几何追求的是永恒的知识 . . . 我的朋友啊,几何学将灵魂引向真理,创造哲学的精神,并让那些不幸堕落的精神得以飞升。 (【古希腊】柏拉图 ) 引言 $1964$ 年,两位美国化学家 $Philip~Eaton$ 和 $Thomas~W.~Cole$ 合成了立方烷($\ce{C8H8}$),随即再化学界引发了一波地震。在此之前,人们一度人物其不存在,因为其结构中碳碳键键角均为 $90^{\circ}$,具有很大的张力。不过当此物质被合成出以后,人们就发现它由于极度对称而拥有相当高的动力学惰性,即使生成热很大也仍然可以再常温下基本保持稳定。 (论文链接:Eaton, P. E. et al. JACS 1964, 962.) 这一卓越的成就让人们开始关注这些具有美妙几何结构...

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关于河豚毒素全合成的详细解析

1.前情提要 河豚毒素($tetrodotoxin$,简称 $TTX$),是一种最早发现于鲀鱼(动物界,脊索动物门,硬骨鱼纲,辐鳍鱼亚纲,鲀形目,鲀科,东方鲀属)体内的生物碱,也是自然界中所发现的毒性最大的神经毒素之一(注射致死量约 $8μg/kg$)。由于鲀鱼俗称为河豚,故而得名河豚毒素。 下图表示了这种物质的结构: 在公元前 $2500$ 年前的中国和埃及,人们就已知道有些鲀形目鱼类(河豚)是有毒的。在河豚的肝脏、精巢、血液、肾甚至是有些种类的肌肉中都含有这种物质,而织纹螺、纽虫、蝾螈等动物体内同样也有它的身影。总的来说,在漫长的演化中,许多物种都选择了用这种物质来自卫,其研究价值不言而喻。 (上图:现实中的河豚。即使身怀剧毒,也依然在几千年间一直是人类餐桌上的佳肴...

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关于伟哥(西地那非)全合成的详细解析

观前提示:西地那非作为一种处方药,请勿滥用;请遵守所在国家或地区的法律法规,不要在非专业实验室中进行文中提及的化学反应! 本文仅作知识传播作用,毕竟西地那非的全合成也是一例经典的药物全合成。若文中有任何错误或疏漏,请务必联系作者或在下方评论区中打出。不胜感谢! Part1:前情提要 西地那非($Sildenafil$),商品名万艾可,一种创造了全球销量神话的药物。或许这两个名字你还不是很熟,那他在中国的俗名——伟哥,可谓是无人不知了。这种治疗男性勃起功能障碍的药物在 $1998$ 年 $3$ 月被获批上市后,创造了第一个星期内产生的新处方数比有史以来的任何其他产品都多的历史记录。据统计,在今天的世界,每秒钟就有四粒“万艾可”被患者服用。 这款药物的发明源于一次失败的尝试。$...

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化学杂谈:有机化学的前世今生

前言:何为“有机” “有机”一词,原本意为“有生机的,有生命的”。古早的哲学家们认为,生命有一种神秘的力量,可以制造一些专属于它的物质,即所谓生命力说。那自然,这些物质也有“神秘的力量”蕴含于其中。这个说法现在看来很荒谬,但在古代,它确实能够解释人们的一些疑惑。 早在 $1$ 万年前,人们就初步学会了发酵工艺,进而发明了“酒”,这种可以给人类带来醉意的神奇饮料。在大约 $3500$ 年前,古埃及人会将柳树的木头煎熬成药膏来疗伤,而在千里之外的中国,“药”的起源则更早。 自然,使人沉醉的酒和治愈疾病的药对当时的人们来说是一种神秘的存在,“生命力说”就是基于以上的认知提出的。作为有机化学历史上的第一个重要理论,生命力说的出现被看作有机化学的开端,即使这个理论在近代被彻底推翻。之后...

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