Chem年度盘点——2020年被编辑点赞的12篇文章
2020年对于Chem来说，又是收获满满的一年——论文下载量超过300万篇文章，影响因子增长到19.7, CiteScore为23.2。随着这一年的结束，我们想花点时间回顾一下我们的编辑们在2020年最喜欢的一些文章。并且，我们非常期待在2021年看到更多有影响力的化学研究成果。
Chem团队
Robert Eagling的选择
Chem主编
分子四面体的尺寸选择性催化聚合酰化反应
分子水平上的选择性催化是化学合成的基石。然而，如何将可调节催化作用提高到更大的长度范围 ，以选择性的方式使整个聚合物链功能化，仍然是一个悬而未决的问题。佛蒙特大学的Severin T. Schneebeli及Jianing Li等人报道了一种具有宽开口的腙连接四面体，它可作为催化剂，对多分散聚合物混合物进行尺寸选择性功能化。实验和计算证据支持腙连接四面体的双重作用。为了加速聚合物底物的功能化，四角体 （1）展开聚合物底物和/或打破聚合物聚合体，（2）使聚合物上的目标位点（氨基）与附着在四面体上的催化单元（三酰亚胺）协调。以四面体为催化剂，研究团队发现短聚合物的活性有选择地增加。这项成果使设计水解稳定的分子多面体作为尺寸选择性聚合物改性有机催化剂成为可能。
Robert Eagling博士点赞理由：
这篇文章使我感到十分兴奋，因为以前只有小分子被报道为尺寸选择性催化的底物。在这里，Severin T. Schneebeli等人首次用更宽的开口合成四面体，使聚合物能够通过进一步的催化功能化，并为此为制造下一代聚合物开辟一条充满希望的新途径。
▲长按图片识别二维码阅读原文
分子机器精准“生产”单序列低聚物
英国曼彻斯特大学教授、英国皇家科学院院士、欧洲科学院院士David A. Leigh教授团队报道了一种最新的人造分子机器，它可以沿着分子轨道迭代地连接嵌段，制备出具有连续碳碳键骨架的单序列低聚物。这是继分子机器模拟核糖体合成短肽等研究硕果之后，Leigh教授团队在人工合成上的又一关键突破，为传统的合成功能分子材料方法带来全新的思路和重大的变革。
▲长按图片识别二维码阅读原文
热改性蛋白质聚合物
通过自组装蛋白质形成的复杂生物材料可以改变再生医学和3D细胞培养。然而，虽然可以通过短肽实现，由具有确定三级结构的蛋白质组装的材料仍然很少。细菌纤维蛋白，荚膜抗原片段1（Caf1），通过动态稳定的非共价相互作用形成亚基的长聚合物，可以进一步通过化学交联形成多种水凝胶。纽卡斯尔大学的David A. Fulton和Jeremy H. Lakey等人证实，Caf1聚合物或水凝胶完全热离解成单个亚基是完全可逆的，且具有高产量。这个简单的特性赋予Caf1聚合物出色的合成和材料可能性，为了证明这一点，研究团队描述了复杂生物活性共聚合物的体外组装，并提供了可熔化蛋白水凝胶的示例应用。这些多功能聚合物蛋白的高效、可逆组装特性将显著促进蛋白质生物材料的开发应用。
▲长按图片识别二维码阅读原文
廖凤麟的选择
Chem科学编辑
单铁原子催化剂中催化中心的电子和结构动力学
单原子催化剂（SAC）在均相和多相催化之间建立了桥梁。缺乏模型单原子催化剂(SACs)和原子分辨率的原位光谱技术极大地限制了我们对催化本质的理解。南洋理工刘彬教授、清华大学李隽教授和大连化物所Yanqiang Huang等人，基于新设计的单铁原子催化剂模型，利用原位拉曼光谱，X射线吸收光谱法和最新开发的原位57Fe穆斯堡尔光谱光谱仪，探索了催化中心的确切结构，并提供了一个自旋交叉参与的氧还原反应（ORR）的机理。本研究中原位技术和SACs的结合，将有助于对催化中心和潜在反应机制的电子层面的认识。
廖凤麟博士点赞理由：
清楚地识别催化剂的原子结构已经很有挑战性了！本文还在电子水平上展示了催化中心的动态结构！
▲长按图片识别二维码阅读原文
C(OH)-C键的有氧氧化裂解和酯化反应
C(OH)-C键广泛分布于碳水化合物、木质素及其平台分子等天然可再生生物质中。C(OH)-C键的选择性裂解和功能化是利用生物质生产高附加值化学品的一种有吸引力的策略。然而，目前还没有开发出通过活化C(OH)-C键将醇转化为酯的有效方法。中科院化学研究所韩布兴院士，Zhanrong Zhang首次报道了在廉价的铜盐催化下，以环境友好的氧气为末端氧化剂，NiS为助催化剂，选择性地裂解和酯化C(OH)-C键，实现了极高的产率生产甲酯。进一步分析表明，该反应体系的高效和选择性主要是由于除主要的酯化反应外，副产物(如烯烃和酸)也在酯化体系中原位转化为酯类。
▲长按图片识别二维码阅读原文
室温单分子环己烷构象测试
具有相同分子式的分子异构和结构变化在自然界中广泛存在，其中不同结构分子异构过程速度非常快，这是因为不同构象的分子能垒非常低（10 kcal mol−1）导致目前的测试方法中相关信号由多种构象平均化实现。在室温中对其中构象结构的确定具有较大难度，厦门大学夏海平、洪文晶教授等人报道了一种单分子策略对环己烷室温中的构象进行鉴定，该过程通过单分子电子信号进行表征。应用单分子方法识别构象异构体的策略为研究柔性分子的异构化奠定了基础。
▲长按图片识别二维码阅读原文
Vjekoslav Dekaris的选择
Chem科学编辑
氧化还原中性光催化CO2与芳烃和苯乙烯的C-H羧基化
就可持续性和丰富性而言，二氧化碳（CO2）是有吸引力的一碳（C1）构建基块。但是，其低反应性限制了有机合成中的应用，因为通常需要高能试剂来驱动转化。Burkhard König 及Giulia Bergonzini等人介绍了使用光催化方法的芳烃和苯乙烯的氧化还原中性CH羧基化。在蓝光激发下，邻苯二甲酸根阴离子光催化剂能够将许多芳族化合物还原为它们相应的自由基阴离子，这些自由基阴离子与CO2反应生成羧酸。高通量筛选和计算分析表明，底物的电子亲和力和亲核性之间的正确平衡至关重要。这种新颖的方法可以实现许多芳香化合物的羧化，包括许多经典羧化化学中不容许的芳香化合物。超过50个使用CO2或酮进行C-H官能化的例子说明了广泛的适用性。该方法为常见的芳烃的增值提供了新的机会，并可能在后期的CH羧基化中得到应用。
Vjekoslav Dekaris博士的点赞理由：
我很喜欢这个工作，因为他们展示了一种利用还原路径和自由基负离子实现的直接光催化杂环芳烃的C-H键功能化新方法。其中的机理性研究很好的展示了如何利用化学知识将CO2这样的化学废品有效的转化为有机化合物，并进一步助力社会的可持续发展。
▲长按图片识别二维码阅读原文
通过RAFT聚合量身定制聚合物分散性的通用策略
分散度（Ɖ）会显着影响聚合物的性能，同时也是材料设计中的关键参数。瑞士苏黎世联邦理工学院Athina Anastasaki，澳大利亚莫纳什大学Tanja Junkers报道了一种简单而通用的基于可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合的批处理方法，以调整分子量分布，适用于各种单体，包括丙烯酸酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酸酯和苯乙烯。该方法也适用于更有挑战性的单体，如甲基丙烯酸、甲基乙烯酮和醋酸乙烯酯。
▲长按图片识别二维码阅读原文
可见光介导铈催化选择性断裂酮的C-C 键
上海科技大学左智伟教授团队通过利用配体到金属的电荷转移（LMCT）激发模式使酮的 C-C 键选择性断裂 。通过Lewis酸催化和LMCT催化的协同作用，可以选择性有效地裂解酮的C-C键，使裂解的C-C键的每个碳上通过顺序和正交的方式具有不同的功能。这种反应歧管可作为可见光和廉价铈盐结合的Norrish I型反应的光催化替代。在操作简单的条件下，广泛的无环酮和环酮，从简单的应变环丁酮到具有较少应变环戊酮的复杂雄酮，都可以成功地转化为通用的化学构件。
▲长按图片识别二维码阅读原文
Kristina Vrouwenvelder的选择
Chem科学编辑
史上最亮荧光材料诞生
印第安纳大学的Amar H. Flood与哥本哈根大学的Bo W. Laursen团队将有色染料与称为cyanostars环状分子（叔丁基苯和丙烯腈为构成单元组成的环状分子）的无色溶液混合，设计出一种小分子离子隔离晶格材料SMILES。它可以完美将染料的荧光性质毫无保留地转移到材料中，保质保量，并且该材料犹如“插线板”，随插随用，每次使用即可工作，不需任何调整，是有史以来最明亮的荧光材料。
Kristina Vrouwenvelder博士的点赞理由：
结合出色的亮度、颜色和与现有染料的兼容性，这些可编程荧光固体解决了一个长期存在的问题——将荧光材料的光学特性从染料转化为固态。它们的多功能性和未来在光学材料上的应用潜力使这篇论文对我来说显得非常重要。
▲长按图片识别二维码阅读原文
不用水也可以合成MXene
美国Drexel大学Michel W. Barsoum课题组开发了一种在极性溶剂中刻蚀剥离制备高氟含量MXene的方法。不同于大多数已有报道的是，该方法在不同的有机溶剂体系中通过NH4HF2实现了Ti3AlC2的选择性刻蚀，并制备了无水插层的高氟Ti3C2Tz MXene。同时以该法制备得到的Ti3C2Tz MXene在钠离子存储方面相较于传统水相刻蚀法制备的Ti3C2Tz MXene具有更好的性能表现。
▲长按图片识别二维码阅读原文
二茂铁垂直分子隧道结电荷传输的氧化还原控制
分子隧穿器件是未来电子器件的重要研究方向，具有非常小的尺寸和可调的功能。通过分子隧道利用各种化学物理和化学机制来调节电荷传输的能力，是实现功能性系统的关键。英国兰卡斯特大学的Colin J. Lambert 及美国加州大学洛杉矶分校的段镶锋等人，报道了一种新的氧化还原控制方法，用于控制垂直金/自组装单层(SAM)/ 基于二茂铁基SAM的单层石墨烯(SLG)的隧道结中的横向电荷传输。
▲长按图片识别二维码阅读原文
推荐阅读
▲长按识别二维码关注细胞科学
点击 阅读原文 访问期刊主页