化学对人类社会发展作出的贡献是多方面和全方位的，从人类的衣食住行到高科技发展的各个领域，无不留有化学研究的足迹。在，有着一批批具有国际视野、在学科领域享有高知名度和学术影响拔尖的教学科研团队，他们在化学研究领域捷报频传、成绩喜人。近日，来自东北师范大学化学学院的两个课题组分别在钠离子电池醚类电解液领域和三氟甲基化方法学领域取得了重要研究进展，其研究成果均发表于国际著名期刊《德国应用化学》。快来一起学习吧——

　　近日，东北师范大学化学学院吴兴隆教授课题组在钠离子电池高电压可工作的醚类电解液研究方向上取得重要进展。该研究对电解液溶剂化结构进行合理设计，开发了一种高度配位的钠离子电池醚类电解液，实现了磷酸盐正极（Na3V2(PO4)2O2F, Advanced Materials 2017, 29, 1701968）在4.5V高电压内的稳定性。该电解液体系也表现出优异的碳负极兼容性，与石墨和硬碳负极匹配组装的全电池，均表现了优异的倍率性能和循环稳定性。该成果以“Ether-based electrolyte chemistry towards high-voltage and long-life Na-ion full batteries”（面向高电压长寿命钠离子全电池的醚类电解液化学）为题，发表于国际著名期刊《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition)上。化学学院/紫外光发射材料与技术教育部重点实验室的吴兴隆教授为论文的唯一通讯作者，物理学院博士生梁皓杰为论文第一作者。合作研究者包括来自我校化学学院和物理学院的多名研究生，以及河南师范大学和青岛科技大学的青年学者。

　　钠离子电池作为下一代的可充电电池，具有资源丰富、与锂离子电池工作原理相似的优点，受到越来越多的关注和研究。在电池体系中，电解液作为不可或缺的一部分，对电池性能起着关键的影响作用。根据溶剂的不同，电解液通常分为酯类和醚类两大类。在钠离子电池中，酯类电解液得到了不断的完善和应用（比如，使用FEC添加剂等）。相比之下，醚类溶剂的易氧化性（醚类溶剂HOMO能级较高），使得醚类电解液通常只局限于负极材料半电池的基础研究（对各种负极材料都具有良好的兼容性，尤其对于硬碳材料和石墨材料），其应用于正极材料方面的研究是一个巨大的挑战。因此，开发抗氧化能力强的高电压可工作的醚类电解液，是该类电解液体系获得实用化的关键一步。虽然醚类溶剂本质上易氧化，如下图的理论计算分析可知，其与钠离子的溶剂化作用（溶剂化能）相比于酯类溶剂更强。所以选择合适的钠盐及相应的盐/溶剂配位组成，减少游离溶剂分子的存在，是提高醚基电解液氧化稳定性的有效策略（图1）。

　　通过DOL添加剂，实现了理想的钠盐与醚类溶剂的摩尔比（1:2）。研究表明，配制的醚类电解液中，溶剂分子与钠离子保持着紧密的配位模式（钠离子与溶剂分子中的氧原子形成六配位结构），极大地抑制了醚类溶剂的分解（图1）。同时，阴离子分解形成富含无机物的CEI膜，也可以同步地提升电解液的氧化稳定电压窗口。分别地与石墨负极和硬碳负极匹配，组装的钠离子全电池，表现出优异的电池性能，证明了该醚类电解液优异的适用性，为后续大量正负极材料应用于钠电全电池提供了更多样化的电解液选择（图2）。

　　近日，东北师范大学化学学院王芒教授团队在三氟甲基化方法学研究领域取得新进展。该研究首次基于N-CF3腈鎓离子与1,3-偶极子的环合反应，制备了结构多样的N-CF3唑。该成果以“An

　　三氟甲基（CF3）作为一类重要的含氟有机官能团，能显著改变分子的理化性质（溶解度、亲脂性、构象、pKa和膜渗透性）、代谢稳定性和生物利用度，因此将其引入有机分子是调节生物活性分子性质的常用策略，近年来引起了研究者们极大的兴趣。研究表明，唑类杂环的N上键连CF3形成的N-CF3唑是药物化学中非常有价值的优势结构（图1）。然而，N-CF3唑类化合物尚未在药物研发中得到运用，主要原因是该类物质的合成极具挑战性，至今仍是合成化学及氟化学领域的研究难点。

　　传统的N-CF3唑的合成依赖于杂环N上预引官能团的多氟化。由于氟化法需要进行预官能化，合成步骤繁琐、底物耐受性差，且后期氟试剂的用量大，因此，成功的实例十分有限。相比之下，向N上直接引入CF3是一条经济、便捷的途径。由于N-三氟甲基化方法学研究才刚刚起步，目前尚未建立普适、成熟的方法用于N-CF3唑的合成。

　　多年来，王芒课题组一直致力于高效三氟甲基化试剂的合成及应用研究，取得了系列创新性研究结果，推动了三氟甲基化新试剂领域的发展。他们继2013年首次利用高分辨质谱检测到[PhICF3]+物种的存在（Chem. Eur. J. 2013, 19, 9104−9109）后，2018年又首次利用简单、直接的配体交换反应制备了空气中稳定的外配位型三氟甲基-λ3-碘烷（PhICF3Cl），解决了氟化学领域的一项难题（Org. Lett. 2018, 20, 3933−3937）。由于PhICF3Cl中的I—Cl键较长，分子具有部分离子性，相比共价性的Togni试剂具有更加高效的CF3转移能力。事实证明，PhICF3Cl可在无催化、无活化条件下直接进行多种类型的三氟甲基化反应。

　　近期，他们再次利用该种外配位型三氟甲基高碘烷（PhICF3Cl）作为高效的三氟甲基源，在N-三氟甲基唑类化合物的合成新策略研究领域取得了重要进展。该工作选择易得且结构丰富的腈作为起始原料，探索了腈的N-三氟甲基化反应；在温和条件下，首次获得N-CF3亚胺酰氯及DMAP稳定的N-CF3腈鎓离子。结合腈鎓离子在含氮杂环化合物合成中的应用，他们将上述两种含NCF3中间体作为N-CF3腈鎓离子的前体，设计并实施了系列[3+2]环合反应。通过选择不同的1,3-偶极子，如，叠氮化钠、甲基异腈或重氮化物，与N-CF3腈鎓离子进行 [3+2]环合反应，结果发现，反应均可顺利进行。通过优化，高产率地制备了N-CF3四氮唑、N-CF3咪唑以及N-CF31,2,3-三氮唑。不同的腈，包括芳腈、脂肪腈、不饱和腈等，均适用于N-三氟甲基化环合反应。该工作的产物N-CF3唑在药物分子结构修饰中的应用也进一步展示了其方法学的实用价值。理论计算表明，反应的关键中间体N-CF3腈鎓离子以亚胺酰基正离子的异构形式存在在能量上有利，[3+2]环合反应可能经历一个分步的加成、环合过程。总之，新合成方法操作简便、原料易得且选择宽泛、具有可拓展性。可以预见，新合成策略的发展必将助力新药创制、农用化学品研发、新材料合成等研究领域。

　　该工作得到国家自然科学基金（21672032、21802016）、吉林省科技厅（JH、JC）和吉林省教育厅（JJKH20201166KJ）项目资助。

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