2020年，新冠肺炎疫情席卷全球，人们的生产生活突然进入了前所未有的寒冬期。生产停滞，经济衰退。然而，正是在这样的背景下，世界各国的科学家并没有停止科研的步伐，各种重大的科研成果相继发表。2020年底，CEN总结了发表在Nature、Science、J.AM. Chem.SOC等顶级期刊上的具有重大意义的顶级研究成果，只有梳理过去，才能更好地迎接未来，希望在新的2021年，化学领域会有更重大的突破。我们通过几个数字来看看去年的顶尖研究成果。
- 5克
突破！《自然》:此文一出，“石墨烯”秒变“白菜价”！
莱斯大学的James M. Tour、Boris I. Yakobson和C-Crete技术有限公司的Rouzbeh Shahsavari都有合作。通过廉价的焦耳热闪蒸技术，任何来源的所有碳，无论是石油焦、煤、炭黑、食物垃圾、橡胶轮胎还是塑料垃圾，都可以在不到100毫秒的时间内变成石墨烯，实现克级制备！相关论文名为“克级自下而上flash图形合成”，发表于2020年1月27日的《自然》杂志上。第一作者是Duy X. Luong。与此同时，《科学》杂志发表了题为“电:把垃圾变成石墨烯！”报告。
参考资料:
自然2020，DOI: 10.1038/s41586-020-1938-0
- 100 -
史上最长的合成多糖！
受多核苷酸和多肽自动合成的启发，德国柏林自由大学化学与生物化学研究所的彼得·h·塞伯格教授的研究小组在自动多糖合成装置中，通过201个步骤，在188小时内合成了100个链长的多糖碳水化合物，一举打破了之前92个的纪录，产率为5%。他们还通过偶联合成的寡糖[31+30+30+30+30]制备了151段长度的分支多苷，产率为41%。该研究为合成结构明确的长链多糖化合物提供了一种快速的方法，必将推动生物和材料科学的发展。
参考资料:
J.我是。化学。社会主义者2020，DOI: 10.1021/jacs.0c00751
- 349164 -
自然:我们所知道的蛋白质种类只是冰山一角！
蛋白质承载了大部分生物功能，但由于结构和功能的复杂性，蛋白质种类和数量的大规模探索由于技术原因远远落后于基因组研究。德国马克斯·普朗克研究所的马蒂亚斯·曼研究小组利用先进的蛋白质组学工作流程，对100个生物物种进行了深入研究。发现了超过200万种肽和超过34万种新的蛋白质物种，这是科学家此前确定的蛋白质总数的两倍。这一结果为在整个进化范围内比较生物功能组织的特征提供了机会。有利于推动蛋白质组学的发展，进一步加深人们对不同物种进化过程的认识。论文发表在《自然》杂志上，题目是“生命王国的蛋白质组景观”。
参考资料:
自然2020，DOI: 10.1038/s41586-020-2402-x
10号和12号
用AI量子计算模拟重氮化合物异构化，发表了一篇Science文章。
用从头计算量子力学模拟分子性质和化学反应是量子计算最有潜力的应用之一。但是，将量子计算引入到一些经典计算方法难以解决的实际问题中，仍然存在很多挑战。因此，该领域仍然需要进一步的算法创新、更多的量子比特、更低容错的硬件设备和更有效的错误缓解策略。2020年8月29日，谷歌的AI量子机器人使用10到12个量子比特，利用变分分量本征解算器在空之间的三维空间中模拟了重氮化合物在三个方向上的异构化。这项研究无疑同时验证了谷歌AI的能力和量子计算的力量。这篇文章发表在《科学》杂志上，标题是“一台超导量子比特量子计算机上的Hartree-Fock”。
参考资料:
科学2020，DOI: 10.1126/science.abb9811
- > 20 -
自然:为了扩大药物产量，他们教酵母做有机合成。
从茄科植物中提取的托烷生物碱是用于治疗神经肌肉疾病的神经传导抑制剂。但提取难度很大，全球供应困难，这是这类药物的主要缺点。能够快速部署且对环境和社会经济稳健的生产策略已经成为医疗领域迫切需要解决的问题。2020年9月2日，美国斯坦福大学的Christina D. Smolke团队通过多种技术对面包酵母进行改造，使其生物合成托品碱生物碱和东莨菪素生物碱。该团队通过基因组学确定了生物合成过程中缺失的关键酶组分，通过蛋白质工程技术功能性表达酰基转移酶，引入异源转运蛋白促进细胞内途径选择，优化菌株提高效价。经过改造，酵母细胞中参与药物生物合成的酶有20多种。该方法能高效合成托品碱生物碱和东莨菪内酯生物碱，有望取代生物提取法，是一种环境友好的策略。这项工作以“药用托品生物碱的生物合成年”为题发表在《自然》杂志上。
参考资料:
自然2020，DOI: 10.1038/s41586-020-2650-9
48公里
天啊，污染物比我们还远。
在帕克斯堡的含氟聚合物生产设施中，全氟辛酸和六氟环氧丙烷二聚酸被用作含氟聚合物制造助剂。然而，数据显示，这些释放到环境中的化合物对动物和人类的健康具有潜在威胁。为了跟踪PFOA和HFPO-达在周围环境中的分布和浓度，俄亥俄州立大学的Linda K. Weavers团队沿着俄亥俄河采集了94个地表水样本和13个固体样本。实验结果表明，在距离工厂8公里的半径范围内，PFOA的浓度超过1000 ng/L，HFPO-DA的最大浓度在6.4公里处达到100 ng/L。在距离工厂28公里处，PFOA和from达的浓度可分别达到143 ng/L和42 ng/L。这项研究为我们揭示了工业生产对环境的影响。这项工作和标题“空气扩散的证据:俄亥俄州和西弗吉尼亚州氟聚合物生产设施附近的地表水和土壤中的HF Poda和PFOA”发表在《环境.科学.技术》杂志上
参考资料:
环境。Sci。技术。2020年，DOI: 10.1021/acs.est.9b07384
- 4纳米-
科学:为了研究免疫微环境，我们合成了一种间谍。
许多疾病和病理可以通过阐明局部生物分子网络或微环境来理解。因此，酶促邻近标记平台被广泛用于绘制亚细胞结构中空之间更广泛的关系。然而，长期以来，寻求能够以更高精度绘制微环境地图的技术仍然是一个难点。普林斯顿大学的Jacob B. Geri等人描述了一个微环境绘图平台，该平台使用光催化卡宾生成来选择性地识别细胞膜上的蛋白质-蛋白质相互作用。通过使用光催化剂-抗体缀合物来定位空之间的卡宾形成，证明了抗体结合靶及其微环境蛋白邻居的选择性标记。这项技术鉴定了活淋巴细胞中程序性死亡配体微环境的成分，并在免疫突触连接处对其进行选择性标记。这项工作发表在《科学》杂志上，题为“通过免疫细胞上的dexter能量转移进行微环境绘图”。
参考资料:
科学2020，DOI: 10.1126/science.aay4106
- 13% -
安格:我被统计数据震惊了。原来以前的物理理论这么粗糙！
几十年来，鲍林法则一直被用来使离子化合物的晶体结构合理化。虽然它们很重要，但是到目前为止，还没有对这五个经验法则的性能进行统计评估。比利时鲁汶大学凝聚态物质和纳米科学研究所的Geoffroy Hautier研究小组针对约5000种已知氧化物的大型数据集，严格自动地测试了所有五种鲍林规则。分别讨论每一个保龄球规则，从化学和结构方面强调它们的局限性和适用范围。通过统计研究，得出只有13%的氧化物同时满足后四条规则，说明其预测能力远低于预期。这部作品发表在《天使》杂志上。化学。，Int。由…编辑题目是“鲍林规则的有限预测能力”。
参考资料:
安吉。化学。，Int。由…编辑2020年，DOI: 10.1002/anie
- 10000 -
砖块储能
美国路易斯华盛顿大学的Julio M. D'Arcy教授通过将导电聚合物与普通红砖结合在一起，开发出了一种可以储存电能的超级电容器电极。制备时，将红砖置于盐酸和EDOT单体气氛中。用盐酸溶解红砖中氧化铁，生成Fe3+。这些Fe3+离子将氧化EDOT并诱导其聚合产生PEDOT。通过控制反应时间可以控制PEDOT在红砖中的生长量和深度。种植PEDOT后，砖的颜色从红色变成了黑色。这一成果有望作为静电储能单元，与房屋融为一体。比如墙壁的某个区域可以作为充电模块，直接给与之相连的手机、电脑等电子产品供电。这项工作以“静态Pedot超级电容器的储能砖”为题发表在《自然通讯》上。
参考资料:
纳特。Commun。2020年，DOI: 10.1038/s41467-020-17708-1
- 320 -
自然:没想到酰胺的合成方法有300多种，都列在这个表里了。
与胺羧酸偶联形成酰胺键是药物发现中最常见的化学反应。除了传统的羧酸和氨基的缩合反应之外，还有许多其他方法将两种通用官能团连接在一起。美国密执安大学的刘文擘和蒂姆·塞尔纳克的研究小组通过计算表明，胺和酸可以通过数百种假设但合理的变换进行偶联，十几个这样的反应的应用被实验证明。研究组开发了一种基于字符串的表示法，利用枚举组合的方法生成了一个可以想象的胺酸偶联转化图，可以通过化学信息技术绘制出来。他们发现，根据选择的转化，产品的关键物理和化学参数会有很大变化。这里开发的胺酸偶联体系的数据挖掘应该可以进行反应发现，通过开发映射空中发现的酯化反应来证明。在胺酸偶联体系中也可以发现具有不同性质的复杂分子。为后续药物、蛋白质等的合成方法设计提供指导。这项工作发表在《自然》杂志上，标题是“胺-羧酸偶联系统图”。
参考资料:
自然2020，DOI: 10.1038/s41586-020-2142-y
经过CEN的整理，我们发现2020年最酷的化学研究涵盖了有机合成、材料化学、物理化学、环境科学和化学信息学。这些领域的工作充分体现了化学作为一门中心科学的特点。学科的深度融合和交叉不仅促进了化学科学本身的发展，也促进了其他学科的发展，同时也催生了新的学科。2021年，我们希望看到更多领域的交叉融合，也期待更多突破性的进展。
内容:高分子科学前沿
颜宁问四位男科学家:如何平衡事业和家庭？
如果发生核战争，躲在海洋的黑暗中会结束战争。
选题的困惑:该写什么？
特别声明:本文发布仅出于传播信息目的，不代表本公众号观点；如其他媒体、网站或个人转载自微信官方账号，请向原作者申请，并承担版权等法律责任。
