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

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.

链接本文: https://www.dxhx.pku.edu.cn/CN/10.3866/PKU.DXHX202105001

https://www.dxhx.pku.edu.cn/CN/Y2022/V37/I1/2105001

图/表 9

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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]	赵海英, 赵睿国, 陈树峰. 高校有机化学教学中巧用对比法[J]. 大学化学, 2023, 38(8): 31 -37 .
[2]	朱庭顺, 汪波. 基于辩证唯物主义哲学的基础有机化学课程思政探索[J]. 大学化学, 2023, 38(8): 49 -54 .
[3]	杨明岸, 李俊, 吴敏锶, 张喜庭. 第35届中国化学奥林匹克(初赛)试题解析——以有机化学部分第9、10题为例[J]. 大学化学, 2023, 38(8): 341 -350 .
[4]	裴伟伟. 北京大学有机化学教材建设的历史发展与经验[J]. 大学化学, 2023, 38(6): 94 -98 .
[5]	李伟红, 雷杰. 本科化学类专业化学实验教材中的分析仪器[J]. 大学化学, 2023, 38(6): 82 -86 .
[6]	高亚茹, 赵军龙. 基础有机化学“模块化–微课式”教材建设的探索与实践[J]. 大学化学, 2023, 38(6): 104 -109 .
[7]	惠新平, 王彦广, 俞寿云, 许家喜, 王俊儒, 孙兴文, 陆展, 张骥. 国内外代表性有机化学教材知识体系与教学内容比较[J]. 大学化学, 2023, 38(6): 87 -93 .
[8]	裴坚. 写一本跟得上时代的教材——《基础有机化学》(第三、四版)编后感[J]. 大学化学, 2023, 38(6): 99 -103 .
[9]	张文会, 雷传文, 潘博文, 周英. “OBE理念+课程思政”背景下的有机化学课程教学模式探索[J]. 大学化学, 2023, 38(5): 101 -109 .
[10]	李宣东, 张红霞, 李欣, 张潇, 周丽, 王进福. 仪器分析实验助力拔尖人才培养的教学实践[J]. 大学化学, 2023, 38(5): 82 -91 .
[11]	王树良, 王瑞婷. 在学科专业课程中培养师范生反思能力的实践范本——以有机化学为例[J]. 大学化学, 2023, 38(5): 37 -41 .
[12]	吕华星, 顾若冰, 倪骥腾, 韩春苗, 许辉. 1,2-二咔唑基-4-溴苯的合成及长余辉性质表征[J]. 大学化学, 2023, 38(4): 319 -330 .
[13]	廖虹伊, 梁振羽, 黄铭骏, 朱自强, 叶嘉文, 陈玲. 从柔到刚——配位聚合物“夜明珠”[J]. 大学化学, 2023, 38(4): 35 -43 .
[14]	宋忠贤, 毛艳丽, 朱新锋, 张金辉, 赵焕新, 刘彪, 谷得明, 康海彦, 张岩, 李洁冰, 张学军. 新工科”背景下科教融合实验教学——以MnO₂催化氧化VOCs实验为例[J]. 大学化学, 2023, 38(3): 146 -154 .
[15]	孙长艳, 范慧俐, 弓爱君, 王明文. 本科生创新实践能力的全过程培养探索——以北京科技大学化学与化学工程系为例[J]. 大学化学, 2023, 38(3): 53 -58 .

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

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