基础有机化学教学与前沿科学研究的融合——共价有机骨架材料的成键方式

doi:10.3866/PKU.DXHX202105001

大学化学 >> 2022, Vol. 37 >> Issue (1): 2105001.doi: 10.3866/PKU.DXHX202105001

基础有机化学教学与前沿科学研究的融合——共价有机骨架材料的成键方式

宋肖锴¹^,*(), 罗世鹏¹, 张慧¹, 刘维桥¹, 徐庆², 史壮志³^,*()

¹ 江苏理工学院化学与环境工程学院, 江苏常州 213001
² 中国科学院上海高等研究院, 低碳转化科学与工程重点实验室, 上海 201210
³ 南京大学化学化工学院, 南京 210023

收稿日期:2021-05-02 录用日期:2021-05-25 发布日期:2021-06-07
通讯作者: 宋肖锴,史壮志 E-mail:xksong@jsut.edu.cn;shiz@nju.edu.cn
作者简介:Email: shiz@nju.edu.cn(史壮志)
Email: xksong@jsut.edu.cn(宋肖锴)
基金资助:
2020年江苏高校“青蓝工程”优秀青年骨干教师培养项目;江苏理工学院2020年校教学改革与研究——项目省高校一流专业建设背景下应用化学专业教学改革研究与实践(11610412035)

The Fusion of Basic Organic Chemistry Teaching and Research Frontiers: The Bonding Manner of Covalent Organic Frameworks

Xiaokai Song¹^,*(), Shipeng Luo¹, Hui Zhang¹, Weiqiao Liu¹, Qing Xu², Zhuangzhi Shi³^,*()

¹ School of Chemical & Environmental Engineering, Jiangsu University of Technology, Changzhou 213001, Jiangsu Province, China
² CAS Key Laboratory of Low-Carbon Conversion Science and Engineering, Shanghai Advanced Research Institute(SARI) Chinese Academy of Sciences(CAS), Shanghai 201210, China
³ School of Chemistry and Chemical Engineering, Nanjing University, Nanjing 210023, China

Received:2021-05-02 Accepted:2021-05-25 Published:2021-06-07
Contact: Xiaokai Song,Zhuangzhi Shi E-mail:xksong@jsut.edu.cn;shiz@nju.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

作为材料研究领域的明星，共价有机框架材料的研究是基于有机化学反应的成功选择和合成条件的不断优化。本文探讨将共价有机框架材料的成键方式引入有机化学教学课堂的途径，阐述有机化学反应在新型纳米材料设计合成中的应用。科教融合教学模式不仅能够培养学生掌握知识、运用知识解决实际复杂问题的能力；同时可以调动学生的学习兴趣、拓展科研视野、激发科研热情；更能在科研成果中增强学生的专业认同感、培养学生的创新意识和社会担当。科教融合是实现创新人才培养的一个重要环节。

关键词: 有机化学, 共价有机框架, 前沿科学研究, 科教融合

Abstract:

As a star in the field of materials science, the development of covalent organic frameworks (COFs) is based on the successful selection of organic reactions and the optimization of synthetic conditions. This paper discusses the way of introducing the bonding manner of COFs into the organic chemistry teaching, demonstrating the application of organic reactions in the design of new nanomaterials. The teaching mode of integration of scientific research and teaching can cultivate students' ability to acquire knowledge and use knowledge to solve complex problems; Meanwhile, it can mobilize students' learning interest, expand their scientific research horizon and stimulate their enthusiasm for scientific research. It can enhance students' sense of major identity and cultivate students' sense of innovation and social responsibility from scientific research achievements. The fusion of scientific research and teaching is an important link in the cultivation of innovative students.

Key words: Organic chemistry, Covalent organic framework, Research frontiers, Fusion of scientific research and teaching

MSC2000:

宋肖锴, 罗世鹏, 张慧, 刘维桥, 徐庆, 史壮志. 基础有机化学教学与前沿科学研究的融合——共价有机骨架材料的成键方式[J]. 大学化学, 2022, 37(1): 2105001.

Xiaokai Song, Shipeng Luo, Hui Zhang, Weiqiao Liu, Qing Xu, Zhuangzhi Shi. The Fusion of Basic Organic Chemistry Teaching and Research Frontiers: The Bonding Manner of Covalent Organic Frameworks[J]. University Chemistry, 2022, 37(1): 2105001.

图/表 9

图1

图2

图3

图4

图5

图6

图7

图8

表1

参考文献 21

1	石枫; 屠树江; 王香善. 大学化学, 2009, 24 (5), 38.
2	曹小华; 喻国贞; 雷艳红; 刘新强; 谢宝华. 化学教育(中英文):, 2009, 30 (11), 15.
3	韩国志; 刘睿; 关建宁. 大学化学, 2019, 34 (11), 56. doi: 10.3866/PKU.DXHX201908007
4	李振; 杨超; 周安宁; 杜美利; 张亚婷; 刘莉君. 教育教学论坛, 2019, (28), 108.
5	赵艳凝; 徐颖越; 奚明旺; 刘想; 姜大雨. 化学教育(中英文):, 2009, 40 (14), 28.
6	李勇军; 李玉良. 高分子学报, 2015, (2), 147.
7	张信聪; 吴结宇; 彭莲莲; 朱晓理; 傅仰河. 材料化学前沿, 2019, 7 (3), 44.
8	Uribe-Romo F. J. ; Hunt J. R. ; Furukawa H. ; Klock C. ; O'Keeffe M. ; Yaghi O. M. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131 (13), 4570. doi: 10.1021/ja8096256
9	Liu H. ; Chu J. ; Yin Z. ; Cai X. ; Zhuang L. ; Deng H. Chem 2018, 4, 1696. doi: 10.1016/j.chempr.2018.05.003
10	Uribe-Romo F. J. ; Doonan C. J. ; Furukawa H. ; Oisaki K. ; Yaghi O. M. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133 (30), 11478. doi: 10.1021/ja204728y
11	Jin E. ; Asada M. ; Xu Q. ; Dalapati S. ; Addicoat M. A. ; Brady M. A. ; Xu H. ; Nakamura T. ; Heine T. ; Chen Q. ; et al Science 2017, 357 (6352), 673. doi: 10.1126/science.aan0202
12	Zhao C. ; Lyu H. ; Ji Z. ; Zhu C. ; Yaghi O. M. J. Am. Chem. Soc. 2020, 142 (34), 14450. doi: 10.1021/jacs.0c07015
13	Kandambeth S. ; Mallick A. ; Lukose B. ; Mane M. V. ; Heine T. ; Banerjee R. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134 (48), 19524. doi: 10.1021/ja308278w
14	Rao M. R. ; Fang Y. ; De Feyter S. ; Perepichka D. F. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139 (6), 2421. doi: 10.1021/jacs.6b12005
15	Jiang S. -Y. ; Gan S.-X. ; Zhang X. ; Li H. ; Qi Q.-Y. ; Cui F.-Z. ; Lu J. ; Zhao X J. Am. Chem. Soc. 2019, 141 (38), 14981. doi: 10.1021/jacs.9b08017
16	Lyu H. ; Diercks C. S. ; Zhu C. ; Yaghi O. M. J. Am. Chem. Soc. 2019, 141 (17), 6848. doi: 10.1021/jacs.9b02848
17	Pastoetter D. L. ; Xu S. ; Borrelli M. ; Addicoat M. ; Biswal B. P. ; Paasch S. ; Dianat A. ; Thomas H. ; Berger R. ; Reineke S. ; et al Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 23620.
18	Zhang B. ; Wei M. ; Mao H. ; Pei X. ; Alshmimri S. A. ; Reimer J. A. ; Yaghi O. M. J. Am. Chem. Soc. 2018, 140 (40), 12715.
19	芷媛; 李茉涵; 张恒; 赵晓霞; 张艳斌; 赵军龙. 大学化学, 2020, 35 (7), 67.
20	刘志莲; 崔玉; 刘思全; 杨小凤; 王守锋. 大学化学, 2020, 35 (9), 31.
21	张红霞; 高抒. 江苏高教, 2002, (1), 6.

序号	成键类型		COF	有机化学反应类型	知识点所属章节	知识点类型	文献	思政元素
1	C-N	碳氮双键	COF-300	Condensation	醛和酮	消化巩固型	8	1)“欲速则不达” 2) 善于利用“不利因素”，并将其转化为有利因素，可促使事情乾坤扭转 3) 凡事无绝对，实践出真知 4) 任何成功都需要付出智慧和汗水 5) 困难面前不轻言放弃，要攻坚克难，方能成功 6) 增强创新意识，强化创新实践
		碳氮单键	COF-300-AR	Reduction of imine	醛和酮	消化巩固型	9
		碳氮双键	COF-42	Condensation	醛和酮	消化巩固型	10
		β-羰基烯胺	TpPa-1	Condensation-Tautomerism	醛和酮	拓展探究型	13
		β-羰基烯胺	3PD	aza-Michael addition	醛和酮	拓展探究型	14
		缩醛胺	Aminal-COF-1	Nucleophilic addition	醛和酮	拓展探究型	15
2	C-C	碳碳双键	COF-701	Aldol condensation	醛和酮	拓展探究型	16
		碳碳双键	sp²C-COF	Knoevenagel condensation	缩合反应	消化巩固型	11
		碳碳双键	2D-PPQV2	Horner-Wadsworth-Emmons reaction	缩合反应	拓展探究型	17
3	C-O	酯键	COF-119	Transesterification reaction	羧酸衍生物	消化巩固型	12
3	C-O	二氧芑	COF-316	Nucleophilic aromatic substitution	芳香烃	拓展探究型	18

[1]	洪昀, 杨胜祥, 张洪涛. 面向新农科有机化学实验课程育人实践[J]. 大学化学, 2022, 37(8): 2108070-.
[2]	吴秋华, 赵影, 王俊敏, 常青云, 李芝, 董彦莉, 唐然肖, 王春. 新农科背景下“无机及分析化学”创新教学与实践[J]. 大学化学, 2022, 37(8): 2112092-.
[3]	彭进松, 赵公元, 周志强, 李雪, 陈春霞, 李斌. 大学基础化学课程思政教育构建策略探索——以有机化学为例[J]. 大学化学, 2022, 37(8): 2112074-.
[4]	洪波, 陈元晖, 赵淑杰, 刘文丛. 高等农业院校有机化学立体教学模式的构建——以吉林农业大学为例[J]. 大学化学, 2022, 37(8): 2206085-.
[5]	汤江江, 袁茂森, 王凤, 王小平, 王俊儒. “新农科”背景下农林卓越班有机化学(英文)课程内涵新体系的构建和实践[J]. 大学化学, 2022, 37(8): 2206094-.
[6]	胡正利, 辛凯莉, 刘少创, 钟诚兵, 武雪原, 应佚伦, 孔璇凤, 余晓冬, 张剑荣, 龙亿涛. 生物纳米孔道单分子多肽磷酸化识别与测量的创新综合实验[J]. 大学化学, 2022, 37(7): 2111089-.
[7]	陈帅, 顾成奕涵, 朱成建, 谢劲. 可见光介导的sp³碳氢键官能团化[J]. 大学化学, 2022, 37(7): 2110063-.
[8]	房芳, 于月娜, 王春燕, 刘华伟. 有机化学实验课程教学改革研究与实践[J]. 大学化学, 2022, 37(7): 2111008-.
[9]	袁艺, 李宁, 委育秀, 陈晨, 黄建国, 林旭锋, 李啸风, 王从敏, 王勇, 王鹏. 夯实化学基础，打造创新人才——“无机和分析化学实验”课程的建设与探索[J]. 大学化学, 2022, 37(6): 2108019-.
[10]	黄鹏, 葛春华, 冯大明, 林觅. 基础有机化学中几类经典有机反应的改进创新[J]. 大学化学, 2022, 37(6): 2108091-.
[11]	青雯玥, 陈起游, 贾阿龙, 李珊珊, 赵明, 郭彩红. Ce_0.75Zr_0.25O₂的制备及其催化净化汽车尾气[J]. 大学化学, 2022, 37(5): 2111081-.
[12]	冯丽娟, 王文君, 祁宝辉, 向灿辉. 药学有机化学混合式教学中p–π共轭的教学设计[J]. 大学化学, 2022, 37(4): 2110051-.
[13]	邹晓川, 王喻秋, 代秦琴, 张迪, 李懿华, 王贵凤, 唐瑗, 王存, 石开云. 地方高校有机化学实验评价方式概述与实践[J]. 大学化学, 2022, 37(4): 202111048-.
[14]	王建国. 有机化学教学中应注重师生有效互动[J]. 大学化学, 2022, 37(3): 2108039-.
[15]	何佶蔓, 白巧巧, 胡锦霞, 徐雨涵, 段奕奕, 边红涛. 利用红外振动光谱研究甲醇-乙酸甲酯共沸体系的微观结构[J]. 大学化学, 2022, 37(3): 2105042-.

基础有机化学教学与前沿科学研究的融合——共价有机骨架材料的成键方式

The Fusion of Basic Organic Chemistry Teaching and Research Frontiers: The Bonding Manner of Covalent Organic Frameworks

RichHTML

PDF (PC)

赞

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 9

参考文献 21

相关文章 15

Metrics

推荐阅读 0