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化学拓扑结构,

  • 化学
  • 2024-12-26

化学拓扑结构?那么,化学拓扑结构?一起来了解一下吧。

在一些无机固体化学反应中,产物的结构与反应物的结构存在一定的关联,化学反应在保持一定的晶体结构条件下进行,这类反应常称做拓扑化学反应,这体现了化学拓扑结构在化学反应中的一种表现形式。

化学拓扑结构在不同化学领域中的体现

一、在分子研究中的体现

对分子的独特表征

拓扑学是数学化学的一部分,它处理化合物的代数描述,从而对化合物进行独特而简单的表征。例如通过分析密度、马德隆场、共价场和静电势等标量场的拓扑结构,每个标量场都有自己独特的拓扑结构,并且每个都提供有关化学键和结构性质的不同信息。对这些拓扑结构的分析,结合简单的静电理论和一些经验观察,可以得出局部化学键合的定量模型,提供对化学键合性质的见解。

在生物分子中的应用

拓扑结构可用于解释大分子如何达到其最终形状以及生物分子如何实现其活性。例如电路拓扑是折叠线性聚合物拓扑性质,描述了链内联系的安排,链内联系可通过硬接触(h - contacts)或软接触(s - contacts)建立,这一概念已应用于蛋白质、RNA和基因组等生物分子。并且可以建立拓扑指数(TI),用于开发定量构效关系(QSAR),将分子的生物活性或其他性质与其化学结构相关联。

北大团队提出蛋白质拓扑改造方法,可在不改变蛋白质三维结构和功能的前提下,对其化学拓扑结构进行改造,从而提升其稳定性。例如将线型的绿色荧光蛋白改造为单结构域索烃结构,热耐受性大幅提升,加热煮沸之后,索烃结构的单结构域蛋白质可完全恢复其荧光,而线型前体仅能恢复7%的荧光。这种方法还适用于同一家族的其他荧光蛋白,并且索烃化的方法基本不影响插入的功能蛋白结构和活性,还可提升功能蛋白的热稳定性、热恢复性以及机械稳定性。

二、在材料研究中的体现

在共价有机框架(COFs)中的体现

中国科学院化学研究所有机固体院重点实验室从相同的有机前驱体出发,在不同酸催化剂的作用下,合成了具有不同拓扑结构的两种COFs。在乙酸催化下,形成具有三角形一维孔道的亚胺连接的HT - COFs;在对甲苯磺酸的催化作用下,形成具有六方孔洞结构的苯并咪唑连接的BI - HT - COFs。这两种2D COFs具有不同的拓扑结构,在能带结构、化学稳定性、分子吸附以及催化活性方面表现出不同的性质,如BI - HT - COFs在光催化硫代苯甲醚氧化制备甲基苯基亚砜的反应中表现出优异的光催化活性;HT - COFs中相邻的氮原子为金属离子的配位提供了丰富的活性位点,由此制备的Pd/HT - COFs复合材料表现出良好的电化学产氢(HER)性能。

以上就是化学拓扑结构的全部内容。

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