2015年前沿化学

埃博拉疫情在非洲在2015年化学界已经显得鹤立鸡群,作为药用化学家们发现自己在与时间赛跑对抗致命的疾病。今年1月,葛兰素史克(GSK)在60人类志愿者测试了一种实验性疫苗引发的免疫反应在所有测试。¹但疫苗的效果很快就被质疑的反应是远低于在猕猴展出。

然而,希望很快就重新点燃后成功的三期临床试验的8月份顺利VSV-ZEBOV疫苗。²加拿大的公共卫生机构,开发的疫苗是一种活病毒包含扎伊尔ebolavirus的一小部分。超过4000 100埃博拉患者的密切接触者或家庭成员在几内亚,西非,注射疫苗在环接种疫苗的策略。所有那些接受疫苗接种后立即被诊断为家庭成员没有合同埃博拉病毒。

尽管埃博拉病毒疫苗研究已经快速的在过去的两年里,第一个疟疾疫苗只批准了2015年7月尽管几十年的密集的研究。³欧洲药品局给Mosquirix,疟疾疫苗由葛兰素史克公司开发,后批准大规模临床试验涉及超过15000名儿童。但它的功效一直在怀疑两个世界卫生组织(世卫组织)委员会建议限制其广泛使用10月。

即便如此,抗疟药物研究是今年诺贝尔委员会认可的,由你被授予的一半2015年诺贝尔生理学或医学奖抗疟药青蒿素具有里程碑意义的工作。灵感来自中国的著作炼金术士,通用电气,你从一个古老的草药中提取活性化合物,青蒿。这种药物已经在非洲每年节省大约100000人的生命。你并不是没有奖争议在她的祖国在争论已经持续多年来发现的分配信贷。

诺贝尔奖的另一半去了威廉·坎贝尔和Satoshi Omura隔离的寄生虫药物avermectin从土壤样品在日本。这些奖得主帮助启动淘金热在自然产品发现继续这一天因为研究人员寻找新的抗生素,成为全球可能面临危机到2050年,如果任其发展会夺去3亿人的生命根据2014年12月的一项研究。

抗生素管道有枯竭自1980年代末以来,许多人,也许受到奖得主的方法。今年我们报道,金正日刘易斯和他的同事在抗菌探索中心,我们已经创建了iChip平台——一系列的中菜比如血管可以放在原位生长的土壤,让细菌物种。使用iChip团队发现新的抗生素teixobactin,这可能是自1987年以来第一个被发现的新类。⁴

艺术化学

梵高和他的艺术在现代文化做出了不可磨灭的印象,但是在比利时科学家发现一些最著名的作品是可能化学改变随着时间的推移。

超过800产生的后印象派油画在他最有创意的时期,使用含铅颜料的混合物在处理充满活力的颜色。柯恩詹森和他的同事安特卫普大学的比利时,已经确定了几个工作,然而,这些色素逐渐改变颜色在阳光之下。

团队首先检查了从梵高的白色小球小麦堆栈在多云的天空下用x射线断层扫描。⁵原来的色素,红铅或mimium (Pb₃O₄),被埋在内心深处,异国情调的矿物,plumbonacrite,碳酸盐和白铅矿,围绕它。分析表明,红丹皈依plumbonacrite在阳光下,这与二氧化碳反应生成白色白铅矿层我们今天看到的。

詹森的团队也有难得的机会去检查梵高最著名的作品之一,向日葵。⁶使用x射线吸收附近的边缘结构光谱,研究人员发现黄色色素铬酸铅,位于花瓣,随着时间的推移变暗,与任何减少铬铬(IV)铬(III)。

自然选择

从大自然汲取灵感也一直是主题主导材料化学在过去的一年。

灵感来自纳米布沙漠甲虫在干旱的气候条件下生存的能力,彭小王和他的同事们从沙特阿拉伯的阿卜杜拉国王科技大学找到了一个廉价的方式创建的超疏水表面。⁷沙漠甲虫收集水分的蜡质,一系列的亲水疙瘩,和水引导到嘴里。王的团队复制这个表面沉积多巴胺,与乙醇混合,使用喷墨打印机在超疏水表面。多巴胺self-polymerises形成离散的亲水疙瘩。研究人员希望生产过程可以帮助在未来生产定制润湿表面。

物理学家从美国和韩国试图抓住为什么构造自然和人造表面产生紫色,绿色和蓝色当光线干扰他们,但不是红色的吗。⁸做红光子玻璃——结构产生相同颜色独立的视角,从一个悬浮的固体微观领域,研究小组发现红色和蓝色波长总是产生在一起,给了一个紫色的颜色。维克多Manoharan哈佛大学、美国、和他的同事们意识到这种效果可以抑制利用空心球体相反,从而允许一个纯红色的玻璃。Manoharan认为,现在他们的公式结构红酒,这样的眼镜可能会发现使用在电子纸显示器。

但并不是所有的化学家已经开采自然技术进步;有些人只是出于好奇。2015年3月,一个国际研究小组的化学家提供了一个回答这个问题毫无疑问交叉的许多厨师:为什么一个龙虾煮时改变颜色从深蓝色到红橙色?⁹研究小组表明,蛋白结合的虾青素,龙虾独特的深蓝色的壳,通常是作为一个带负电荷的烯醇化物离子。一旦加热,变性蛋白质,释放出虾青素——一种常见的类胡萝卜素,是橙色的颜色。

自酿的海洛因

担忧引发潜在的犯罪分子利用鸦片后的酵母研究,成功地设计这样的酵母菌株。¹⁰

从葡萄糖的合成途径产生止痛的阿片类药物是16个步骤和研究人员努力介绍都成一个单一的酵母菌株。2015年5月,一群由约翰Dueber加州大学的我们,结合酪氨酸羟化酶酶酵母菌株,可将酪氨酸转化为左旋多巴¹¹——一个关键的一步,直到尚未实现这一点。

但三个月后,一群斯坦福大学为基础,我们设计了一个整个通路和酵母菌株能够进行生产葡萄糖的阿片类药物二甲基吗啡。克里斯蒂娜·斯默克教授和她的同事们混合21一系列生物来源的酶酵母酿酒酵母。斯默克教授确认,不能用于生产过程的自酿的海洛因当前合成只产生轻微的收益率。

碰撞的过程

Lobster-curious化学家们并不是唯一的研究人员今年看到红色。天文学家一直试图理解化学性质的冥王星的红色氛围,以及辩论的化学不幸的菲莱着陆器的观察周围的矛盾彗星67 p。

长达十年的旅行后在欧洲太空总署的罗塞塔调查,现在在67 p轨道,太阳能菲莱着陆器着陆于2014年11月在彗星的表面。但是完整的宇宙飞船降落后迅速关闭阴影,只能获得60个小时的观察。

早期迹象的菲莱数据显示可能是彗星表面的有机分子——这可能标志着地球上的生命是如何开始的。这是迅速得到了一系列研究活动2015年1月,天体化学家筛选罗塞塔的初步谱数据。¹²今年1月,集团负责罗塞塔的可见光和红外热成像光谱仪报道广泛的光谱吸收带从2.9到3.6(µmµm——一个地区的有机分子的说明包含碳氢和氢氧键。集团不愿意说彗星可能交付生命的行星的构建块,然而,作为氨基酸形成的关键因素,氮,没有检测到。

氮的存在问题是罗塞塔的中心任务再次作为矛盾的结果出现在7月菲莱的两个工具。彗星抽样和组合仪表,活跃的菲莱的颠簸着陆后,检测到16有机分子,含有氮的一半,在探测器进入冬眠。¹³异氰酸甲酯和乙腈中检测到分子,但是没有这样的签名被发现托勒密的气相色谱仪和离子阱质谱仪。¹⁴研究者提出许多理论的差异包括仪器的定位的着陆器,或者没有意义的样本可以被视为菲莱反弹越过彗星的表面。

一件事情变得清楚在过去12个月是冥王星大气层的化学。Nasa的“新视野”号宇宙飞船,向太空发出近十年前,第一个矮行星的图像捕获的80英里厚,红色的气氛在2015年7月。Nasa认为这个红色的色调是到复杂的碳氢化合物,杂聚合物称为tholins凝结成雾。一个红外光谱仪上新视野也检测到甲烷冷冻冥王星的表面,美国宇航局建议在本质上是原始的。

回到学校

一群来自捷克共和国的化学家今年回到学校问为什么碱金属在水中爆炸。¹⁵

一个受欢迎的高中示范,sodium-water爆炸被认为是氢和蒸汽产生的结果和点火电子从金属中解放出来。

帕维尔Jungwirth和他的同事们从捷克共和国科学院被这个解释不满意。他们认为金属不能与周围的水作为初始反应气体生产将作为绝缘层,依赖于直接接触和反应。确定到底是怎么回事,研究人员把一块钠钾合金成水和查看接下来的反应在高速相机10000帧/秒的能力。

他们发现电子解放导致合金的过剩的正电荷。这个电荷不稳定导致金属树突穿刺气体层,允许金属水反应继续进行。

灯光,摄像机,反应

研究人员不仅揭示了化学反应在空间。在2015年,国际年的光,辐射也被用于研究地球上的化学键的本质。

安德斯尼尔森从斯坦福大学、美国、和他的同事们了第一次直接测量的债券形成过渡态的(线性)在加州。¹⁶团队研究了一氧化碳氧化钌催化剂,发射一个光学激光脉冲刺激反应。激动人心的反应物之后,尼尔森集团发射x射线脉冲探测一氧化碳和氧气的绑定。氧原子和催化剂之间的成键立即减弱,和1皮秒10%的一氧化碳与氧形成过渡态。尼尔森指出,这些研究可能需要物理化学在粒子物理领域的未来。

他的预测似乎有根有据的,随着越来越多的研究人员正在使用粒子加速器辐射探测器的创建(和破坏)债券。尼尔森的研究一个月后,研究人员基于SPring-8埃契约自由电子激光设备在日本对黄金三聚物结合的复杂([盟(CN)₂^{- - - - - -}]₃),在水中使用类似x射线脉冲技术。¹⁷

但是一群科学家在SLAC 6月份做的更好。迈克尔Minitti和他的同事使用超亮的x射线散射产生他们自称是分子发生反应的第一部电影。¹⁸的研究小组观察了光化开环反应1,3-cyclohexadiene。而不是目标x射线脉冲反应,研究人员发射一系列连续的脉冲获得散射配置文件的时间表。的团队建立反应路径是由个人资料结合量子力学模拟。但一些研究人员,如Jochen Kupper自由电子激光中心的科学,德国,质疑这样的结果是否能真正代表了一个“分子电影”。

而不是使用光作为一个公正的观察者,一些化学家使用光来控制债券形成于2015年。我们6月报道,一组科学家从以色列和德国成功地操纵债券形成气态反应。¹⁹克丽丝汀科赫卡塞尔大学,德国,和她的同事们暴露出镁蒸气在1000 k鸣叫的飞秒激光。他们用相干控制,通过量子干涉转向动态过程的一种手段,来决定镁二聚体形成的速度。这些发现可能打开的可能性“光化学生产线”,可以抽出特定分子的需求。

机器的崛起

一群在英国计算机科学家已经开发出一种“机器人科学家”,^20.一个完全自动化的人工智能平台,能够筛选潜在的候选药物。

夏娃亚当的机器人是一个升级模型,第一个计算机系统独立研究面包酵母,酿酒酵母,和科学发现。由罗斯金在曼彻斯特大学和他的同事们,夏娃可能不像我们认为当我们听到的“机器人”这个词,但它仍然是一个复杂的混合计算机银行和机器手臂。系统能够建立一个假设,测试它,解释结果和改进基于结果的输入。人工干预只是补充所需试剂和废物处理。

夜有可能屏幕每天成千上万的候选药物,已经取得了一些成就。平台识别常见抗生素tnp - 470作为一个可能的抗疟化合物。

国王希望计算机科学家将被用于制药公司精简药物开发,或者,像tnp - 470,确定现有药物的新用途。

启发性的答案

尽管他们可能不是轧制生产线,这是一个丰收年,钙钛矿太阳能电池——一个被吹捧为一个可行的替代硅技术。

唱Il Soek和他的同事们在韩国化学技术研究所,2015年韩国,开始暴露如何修改钙钛矿的卤化organo-metal结构达到创纪录的20.1%的效率。²¹混合两种不同聚光钙钛矿,15% methylammonium铅溴化和formamidinium碘化铅,产生双分子层细胞,称这样的组合是稳定的照明下。但是只有一小部分商业太阳能电池的大小小于0.1厘米²,一些研究人员质疑是否稳定在一个更现实的规模。

研究人员开始直面设备稳定性的问题,与Michael Gratzel领导的研究小组在洛桑联邦理工(EPFL)在瑞士高亮显示效率测试的本质可能会影响结果的准确性如何。²²Gratzel集团,不满意的推动更大的效率稳定,成本制造第一个1厘米²钙钛矿太阳能电池被正式认可的由一个独立的测试实验室。²³为了实现这一点,研究人员,而不是修改钙钛矿薄膜,改变了周围的晶格结构镍_x毫克_{1 -x}O和二氧化钛电荷提取层。倪(毫克)^{2 +}和钛^{4 +}阳离子被李所取代⁺和注^{5 +}分别离子。细胞能够16.2%的效率,更为保守的15%被认可的测量光电测试社区。

水分解电解槽在2015年也一直在爬梯子效率。这样的电化学细胞可能是制氢的未来,但之间的膜电极,用于防止产品混合,导致爆炸,是昂贵的生产。德美特里Psaltis领导的研究小组在瑞士联邦理工学院洛桑解决这个问题通过创建一个membrane-less电解槽。²⁴涂有催化剂,援助氢气和氧气的进化,电极只相隔几百微米。板块之间的电解液流动时,发展混合气体不提升部队把他们挡回去向电极。现在的团队希望扩大商业应用的细胞。

和,太阳已在2015年的化学研究,看看在2016年将发光。