著名青年化学家姜雪峰
著名青年化学家姜雪峰
姜雪峰，1980年12月出生于甘肃兰州，现任华东师范大学化学与分子工程学院教授，博士生导师。课题组(主页)主要从事新方法导向复杂生理活性天然产物全合成研究，在全合成中寻找需要解决的方法学，在方法学中探究如何绿色全合成。小编在这里整理了著名青年化学家姜雪峰相关资料，希望能帮助到您。
著名青年化学家姜雪峰
姜雪峰共发表独立通讯论文60多篇(影响因子大于10 的10 篇)，外文邀请专著6章，申请发明专利43项(2项国际专利)，已授权21项。
2014 年，姜雪峰作为亚洲五名代表之一(中国唯一代表)应邀参加在塞浦路斯举行的欧洲化学会第六届青年有机化学家论坛(6th YIW of EuCheMs-Organic Division)并作邀请报告。
2015年，受美国有机化学家Eric Block教授邀请，姜雪峰作为大会主席之一共同组织了美国化学会泛太平洋有机硫化学会议(2015-Pacific Chem-New Organosulfur Chemistry)并作会议邀请报告。
2016年，姜雪峰受德国有机化学家Wolfgang Weigand教授邀请参加了在德国举行的第27届国际有机硫化学会议(27th International Symposium on Organic Chemistry of Sulfur)并作大会邀请报告(中国唯一代表)。
2017年，受Springer邀请作为主编组织撰写《Sulfur Chemistry》工具书。2018年，姜雪峰受邀担任《亚洲化学》Guest Editor of Homogeneous Catalysis from Young Investigators in Asia 。
2018年，姜雪峰担任International Symposium on Main Group Chemistry Directed towards Organic Synthesis (MACOS)国际顾问和并作邀请报告。
这位“80后”教授，先后荣获中组部“万人计划”青年拔尖人才，基金委优秀青年科学基金，教育部“长江学者奖励计划”青年项目、“新世纪”优秀人才和“霍英东”基金，上海市“东方学者”和“科技启明星”各类称号;获得德国Thieme Chemistry Journal Award，日本ACP Lectureship Award，药明康德生命化学研究奖。
姜雪峰荣获上海市“五四青年奖章”、上海市青年“岗位能手”称号;并担任上海市第十三届政协委员、中国青年科技工作者协会委员，中国化学会青委会委员，中国化学会化学教育委员会委员，中国化学会催化委员会均相催化专业委员会委员;任《化学教育》编委，Wiley旗下《Heteroatom Chemistry》编委，Taylor旗下《Phosphorus Sulfur Silicon and the Related Elements》编委。
研究概览及近期代表性成果
姜雪峰教授课题组主要从复杂天然产物全合成的视角来构建一系列独特、高效、实用的反应方法学体系进而运用构建的方法学体系、试剂、配体实现高效绿色的全合成。并对完成的高活性系列天然产物进行化学生物学机理研究，同时解决药物化学机制问题。
白坚木属生物碱是单萜吲哚生物碱中知名度高且重要的天然产物，它们具有良好的生物活性但自然界中丰度低、提取难度大，因而探究其化学合成吸引了许多化学工作者的兴趣。2017年，姜雪峰教授课题组从廉价易得的溴代吡喃酮和手性烯胺原料出发，通过选择性exo-[4+2]环加成反应高效构建全氢吲哚骨架(C和E环)，后续又通过还原/Wittig桥环开环串联反应、Pd/C氢化串联环化反应和Fischer吲哚化等反应获得三个白坚木属生物碱，最后经过简单的官能团转化又得到其他11个白坚木属生物碱，从而实现了该家族天然产物的发散式合成。
呋喃并喹啉酮和吲哚并香豆素骨架在配体调控下的高效构建[2]
平面生物碱，即没有手性胺的生物碱，这类化合物具有多种重要的药物活性，例如从喜树中提取分离的抗癌药物喜树碱，如何发展高效构建这类结构的方法学是合成化学工作者急需解决的问题。2018年，姜雪峰教授课题组以独特的视角对呋喃并喹啉酮和吲哚并香豆素这两类结构差异性较大的骨架结构进行逆合成分析后，发现它们都具有共同的2-羟基-2′-氨基二苯炔和羰基结构片段。鉴于此，课题组运用PdII为催化剂，借助配体效应、配位电负性以及插羰速率的微小差别，大幅度的扭转了反应途径，高效实现多种多并环结构生物碱的多样性合成。
引领世界的绿色硫化学研究
除了在天然产物全合成及发展新颖高效的合成方法学研究之外，近些年姜雪峰教授更加致力于发展绿色的、环境友好及可持续的硫化学研究。2018年7月，第25届IUPAC国际化学教育会议在澳大利亚悉尼举行，姜雪峰教授被遴选为“全球青年化学家元素周期表硫元素代表”，标志着姜雪峰教授的硫化学研究获得国际认可。
姜雪峰教授课题组运用“从无机硫向有机硫”转化的理念，构建起独特的“3S绿色硫化学”(Smelless/Stable/Sustainable)，发展了一系列新颖的绿色硫试剂并解决了它们在水相转移、可见光催化、绿色氧化等方面的挑战，值得一提的是，这些独特的硫试剂及合成方法为含硫药物的工业生产及工艺优化提供了重要参考，在未来具有广阔的应用前景。
鉴于多硫化合物广泛存在于自然界，并且在生命科学、药物化学、食品化学以及材料科学等领域扮演着重要的角色。2018年，姜雪峰教授课题组在知名杂志Nature Communications上报道了一类新型亲电过硫试剂(RSSOMe)，借助甲氧基的“面具效应”使得与其相连的硫原子发生“极性翻转”(即RSS+)，再利用甲氧基的电子效应很好稳定了硫硫键，进而实现了与多种亲核试剂间的过硫化反应，为更广阔的多硫生命现象解释和多硫药物发现开辟了新道路。[3]
工业4.0时代的绿色硫化学梦想
——专访华东师大化学学院姜雪峰教授
古往今来，人类都相信地球万物生长的能量来自太阳。朴素的信念从近代以后找到了科学证据：直至上世纪70年代末，人们一直坚信光合作用是所有地球生态圈的基石。但一次太平洋东岸Galápagos Rift的深海科考，却向世人呈现了生命的另一种可能：在漆黑无光的海底热泉，在几乎与世隔绝的冰水熔岩生态圈，如外星生物般的庞贝蠕虫、管状水母、铠甲虾等物种，在散发着硫化氢异味的地裂深渊处，千奇百怪却欣欣向荣地野蛮生长。
自此后，千姿百态的海底热泉(hydrothermal vent)在全球各地被发现。各种板块边界、大洋中脊的火山口，难以想象的极端环境中，许多神奇的微生物从不依赖恒星的光芒，却只对热泉喷射的硫化物和重金属化合物情有独钟。利用化学能量自给的硫化细菌与古细菌成就了热泉食物链的底端，为更加复杂高级的生命演化铺就了另类的舞台。
硫化物蕴藏着怎样的能量，可以为生命本源的探索提供不一样的剧本?硫化学的探索本身，对于生命之谜的阐释和生命科学的进步，又会绽放出怎样绮丽的华彩?让我们跟随硫化学专家——华东师大姜雪峰教授一同走进奥妙的硫化学世界。
“硫”砂坠简，书写生命元素传奇
药明康德：硫元素与硫化物质对于生命演化有哪些重要意义?
姜雪峰教授：硫化学对于生命本源的探索有非凡的意义。自然界与银河系的硫化物丰度并不算高，生命体却能将各种形态的硫富集：硫元素并不是生物大分子的主要成分，却与碳、氢、氧、氮、磷元素构成了人体中六种最为重要的常量元素。硫元素之所以成为重要的生命元素，是因为其在核酸和蛋白质分子形成、血氧传输、人体能量代谢等大量生命现象中的生化反应中充当还原剂、稳定剂。
自然界存在硝化菌、铁细菌、一氧化碳细菌等多种无光合作用的自养型生物，但它们都无法支撑独立的生态圈群落。至今，人类只在海底热泉的火山口，发现完全以硫化细菌为食物链基础、与光合作用生态圈迥然相异的生命体系。很多学者形成的共识是生命的初始舞台诞生于极端的地质环境，因为一马平川的环境很难产生剧烈的物质转化与化学反应，只有星球撞击、板块运动、地震火山才能孕育丰富的地貌与生命的火花。而海底热泉的极端生态，很可能与地球形成的早期环境类似，无疑是我们探索生命本源的极佳样本。
硫元素对于人的饮食健康也非常重要。榴莲、洋葱、大蒜这些有着“怪怪味道”的果蔬富含硫化物，其实是大自然因地制宜赐予人类的保健品，可杀菌消炎、活血化瘀、促心肺功能、抗血管老化。比如，有两种重要的硫化物，具有强大的解毒和免疫调节作用：二甲基砜(MSM)对于镇痛消炎、疏通血管、促进胶原蛋白合成、促进糖类物质代谢具有重要作用;含有硫巯基的谷胱甘肽(GSH)则具有广谱解毒功能，也是人体细胞内最重要的抗氧化剂，可通过持续清除自由基的方式，保护众多含巯基蛋白酶的活性。
药明康德：请您介绍一下人类应用硫化学的历史和现状各有哪些亮点。
姜雪峰教授：单质硫磺作为一种重要化学材料，很早就被人类发现并使用，起初应用于熏香漂白、洗发去屑。中西方许多著名温泉中都富含硫磺，古代西方一些公共浴池也直接利用硫磺消毒。中国早在先秦时代就开始开发天然硫磺矿藏，用于四大发明火药的制造。
如今，人们更加认识到硫元素价态丰富，可形成结构多样的化合物。硫化物是当代许多畅销药物中不可或缺的成分：小分子药物合成中，含有硫元素的基团是抗击不少病原体的活性位点，比如青霉素、头孢、磺胺类药物具有广谱抗菌作用。同时，过硫键广泛存在于生命体中，和青蒿素中的过氧桥一样具有多种生理功能，也具备抗真菌、病毒、原虫的潜在药用价值;过硫键还是抗体偶联药物(ADC)中常用的连接子(Linker)，以缀合大分子抗体与小分子细胞毒性药物，形成对肿瘤靶细胞的选择性杀伤作用。
绿色硫化学之路：“面具侠”妙手通关
药明康德：您认为研究和发展绿色硫化学的挑战与机遇有哪些?针对无机硫替代有机硫的绿色试剂，您的团队还提出了新颖的“面具策略”，请您介绍一下。
姜雪峰教授：不少硫化物(比如硫巯基化合物)散发强烈的刺鼻恶臭，虽然没有让所有化学家望而却步，但确实使硫化学的发展、应用和生产受到严重阻碍。其实，由于硫的孤对电子化学性质活泼、价态丰富，也导致易氧化、容易使金属催化剂失活并终止催化循环，这些都是横亘在硫化学研究者面前的严峻挑战。但硫元素对于生命活动、医药和化工研发意义重大且前景广阔，我们应有的社会担当就是要在现阶段介入相对初级的研究项目，从而开拓未来的科学新领域和产业新方向。硫化学研究一旦解决相关的棘手科学问题，就可以同时实现两方面的突破。
从无机硫到有机硫的转换看似简单，但要跨越较多障碍，硫醚、过硫、亚砜、砜、磺胺等化合物的合成都需要不同的价态思考。我们努力针对不同类型的重要含硫有机物，设计建立几类多功能硫试剂，并建立起试剂的多样性使用规律，系统地打造绿色硫化学转化体系中的所有硬件和软件。我们希望逢山开路、遇水架桥，目前已经完成了某些“路基”的铺设，希望未来这条绿色反应体系的康庄大道能被世界学界和产业所铭记。
面具策略的主旨即在硫化物反应底物上引入一个“面具”基团，恰到好处地控制该底物的多样性反应活性。可以在数量上控制“单硫”、“双硫”、“三硫”、甚至“四硫”的引入，还可以在氧化态上控制引入“硫醚”、“亚砜”、“砜”，针对多官能团药物修饰的不同需求产生“亲核硫源”、“亲电硫源”、“自由基硫源”的多样性功能，以满足不同药物的合成与修饰需求。我们继续运用“面具”理念，将作为“面具”基团的SO3分子引到裸露的巯基上：SO3分子可对硫原子上的孤对电子产生吸电作用，弱化硫对金属催化剂的毒化作用(电性要求);SO3分子的大位阻还可掩蔽硫电子轨道并避免其氧化自偶联(位阻要求);再者，SO3分子的电子共振效应可调节硫原子电子流向(共振要求)。这一概念利用无臭绿色硫化试剂，为过渡金属催化的硫化学带来了一系列新特性。
药明康德：这么看来，单独硫原子引入的一些瓶颈问题已经有了较好突破，那么你前面提到的其他形式的硫呢?
姜雪峰教授： 举一个“过硫试剂”的例子：传统过硫键构建两个硫原子分别来自两种不同的反应对象，不仅限制反应效率和适用范围，还带来诸多硫巯基氧化不兼容、毒化金属催化的问题。我们团队至今已经设计了四代过硫化试剂，不同的“面具”让它们各自分别拥有了不同的属性。然而新的矛盾又再次出现：硫硫键键能远低于常见的其他化学键键能，反应活性极高，此时如何“保持弱键，断裂强键”便成了试剂成功使用的另一个挑战。运用“面具”的电子、立体以及偶极性质，依据动力学与热力学的交互调控，即可如我们所愿高兼容性引入敏感而有用的“双硫”。
最近，我们又在过硫结构的外端成功的装上OMe这个新型的“面具”，从而反转了电性，获得了更为广谱的亲电过硫试剂。随后的试剂使用探索表明，该类试剂可在非常温和的条件下与各类功能分子作用，获得与碳亲核试剂、氮亲核试剂、硫亲核试剂的多样性偶联，实现了多种天然产物和药物的后期修饰，建立了丰富的多硫结构化合物库。这一过硫试剂的设计与建立，为更广阔的多硫生命现象解释和多硫药物发现开辟了一条快速通道。期待着“硫循环”藏宝图的全面展开。
利用多种策略，我们还对许多药物进行了无官能团保护的直接后期硫化修饰，从而筛选出多发性骨髓瘤药物来那度胺的硫化衍生物，活性远高于来那度胺本身，且可以应用于对来那度胺无效的淋巴瘤细胞，目前该化合物正在做进一步生物利用度评价。
被梦想叫醒的清晨：相信奔跑的力量
药明康德：工作之外您还有哪些爱好?对学习科研有哪些正面的促进效果?
姜雪峰教授：我喜欢跑步，长跑会带来独特的灵感思辨和感恩顿悟，全年无休风雨无阻地奔跑，在四季变换中感受天地自然的馈赠，冥想每个课题的困惑，感恩父母师友的激励。痛苦与挫折都是生命的张力，只有酸甜苦辣掺拌才是真实丰满的人生。不论平凡的你我还是闪亮的名人，都有自己的压力和挑战，只要尽力就已足够。
在一场又一场马拉松的较量中，一时的快慢和名次并不重要，每一个驿站都是人生的积淀。所以，坚持不懈而不轻言放弃，不应冒进却要步步为营：有时候当你为某一个科学问题朝思暮想却无法突破，貌似读书百遍又回到原点，然而每一次你回到原点的高度都会有所不同，许多科学突破正是通过这种螺旋式的上升来实现。在科研攀峰的过程中，我们既需要不断制定明晰切实的小目标，也要珍视每一个灵感并在细节上保持耐心和平常心，即使小失败也可能是通往成功的道路。
药明康德：绿色化学的发展面临哪些挑战?您对硫化学的未来有哪些激情的畅想?
姜雪峰教授：化学工业为社会进步做出了巨大贡献，然而一些生产带来的污染和安全风险也日益受到关注。大家对化工产业缺陷的关注需要理性看待，对缺陷的批判正是推动社会进步的重要因素。科学发展是循序渐进的，创造物质的化学挑战人类智慧与耐力的极限，要实现全面清洁和安全的合成体系需要不断地积累和沉淀。
有机合成从19世纪发展至今，逐步走向成熟的过程却仍然存在诸多瓶颈问题亟待解决。化学家几乎可以制备出所有人类想要的小分子，然而与功能性相伴的却是污染与安全风险两个痛点。如果我们为了合成某种药物去治疗100位癌症病人，而导致环境污染使1000位健康人面临患病风险，那一定不是可持续发展之道。其实社会经济发展从粗放到集约的转变，正需要青年科学家重新审视合成化学的新需求。
多年来试剂绿色化和步骤经济化始终是我们团队的宗旨，希望能够最终构建从无机硫向有机硫转化的绿色硫化学体系，实现我们对“硫循环”的全面系统的理解，为打造工业4.0时代的环保无污染的医药生产链贡献自己的一份力量。
化学方程式配平方法大总结
1.零价法
用法：无法用常规方法确定化合价的物质中各元素均为零价，然后计算出各元素化合价的升降值，并使元素化合价升降值相等，最后用观察法配平其他物质的化学计量数。
【例1】试配平 Fe3C + HNO3- Fe(NO3)3 + NO2 + CO2+ H2O。
分析：复杂物质Fe3C按常规化合价分析无法确定其中Fe和C的具体化合价，此时可令组成该物质的各元素化合价均为零价，再根据化合价升降法配平。Fe3C → Fe(NO3)3和CO2整体升高13价，HNO3 → NO2下降13价(除了Fe、C以外，只有N变价)。易得 Fe3C + 22HNO3= 3Fe(NO3)3 + 13NO2+ CO2 + 11H2O。
2.平均标价法
用法：当同一反应物中的同种元素的原子出现两次且价态不同时，可将它们同等对待，即假定它们的化合价相同，根据化合物中化合价代数和为零的原则予以平均标价，若方程式出现双原子分子时，有关原子个数要扩大2倍。
【例2】试配平 NH4NO3- HNO3+ N2+ H2O。
分析：NH4NO3中N的平均化合价为+1价，元素化合价升降关系为：
NH4NO3 → HNO3：+1→+5升4×1价
NH4NO3 → N2： +1→0 降1×2价
易得 5NH4NO3= 2HNO3 + 4N2 + 9H2O
3.整体标价法
用法：当某一元素的原子或原子团(多见于有机反应配平)在某化合物中有数个时，可将它作为一个整体对待，根据化合物中元素化合价代数和为零的原则予以整体标价。
例3：试配平 S+ Ca(OH)2- CaSx+ CaS2O3+ H2O
分析：NH4NO3中N的平均化合价为+1价(NH4中-3价，NO3中+5价)，元素化合价升降关系为：
NH4NO3→HNO3：+1→+5升4×1价
NH4NO3→N2：+1→0 降2×2价
易得 2(x+1)S + 3Ca(OH)2 = 2CaSx + CaS2O3 + 3H2O
4.逆向配平法
若氧化剂(或还原剂)中某元素化合价只有部分改变，配平宜从氧化产物、还原产物开始，即先考虑生成物，逆向配平;自身氧化还原反应方程式，宜从生成物开始配平，即逆向配平。
例如：P + CuSO4 + H2O - CU3P + H3PO4+ H2SO4
该反应的氧化剂是P、CuSO4，还原剂是P，以反应物作标准求得失电子数比较困难，但是氧化产物只H3PO4、还原产物只CU3P，所以以1mol H3PO4和1mol CU3P作标准物容易求得失电子数。
答案：11 15 24 5 6 15
5.有机反应的配平法
有机物参入的氧化还原反应，通常首先规定有机物中H为+1价，O为-2价，并以此确定碳元素的平均化合价。再根据还原剂化合价升高总数与氧化剂化合价降低总数相等原则，结合观察法配平。
例如：H2C2O4 + KMnO4 +H2SO4- CO2+ K2SO4+ MnSO4 + H2O
解析：H2C2O4中，令H 为+1价，O为-2价，则C的平均化合价为+3价。1个H2C2O4化合价升高数为2，1个KMnO4化合价降低数为5，最小公倍数为10，故H2C2O4的系数为5，KMnO4的系数为2。
配平的方程式为：5H2C2O4+2KMnO4+3H2SO4=10CO2+K2SO4+2MnSO4+8H2O
6.缺项方程式的配平：
如果所给的化学方程式中有反应物或生成物没有写出来，在配平时，如果所空缺的物质不发生电子的得失，仅仅是提供一种发生反应的酸、碱、中性的环境，可先把有化合价升降的元素配平，再确定出所缺的物质，把系数填上即可。
例如：BiO3-+ Mn2+ +- Bi3++ MnO4-+ H2O
解析：首先根据化合价的升降配平有变价元素的有关物质：
5BiO3- +2Mn2+ + - 5Bi3+ +2MnO4-+H2O
根据氧原子守恒，可以确定H2O 的系数为7，根据质量守恒和电荷守恒规律可以确定反应物所缺的是氢离子H+。
答案：5 2 14H+ 5 2
除这几种常用方法外，还有一些简易方法也可用于一些方程式的配平。
(1)奇偶配平法
这种方法适用于化学方程式两边某一元素多次出现，并且两边的该元素原子总数有一奇一偶，例如：C2H2+O2→CO2+H2O，此方程式配平从先出现次数最多的氧原子配起。O2内有2个氧原子，无论化学式前系数为几，氧原子总数应为偶数。故右边H2O的系数应配2(若推出其它的分子系数出现分数则可配4)，由此推知C2H2前2，式子变为：2C2H2+O2→CO2+2H2O，由此可知CO2前系数应为4，最后配单质O2为5，把短线改为等号，写明条件即可：2C2H2+5O2==4CO2+2H2O
(2)观察法配平
有时方程式中会出现一种化学式比较复杂的物质，我们可通过这个复杂的分子去推其他化学式的系数，例如：Fe+H2O——Fe3O4+H2，Fe3O4化学式较复杂，显然，Fe3O4中Fe来源于单质Fe，O来自于H2O，则Fe前配3，H2O前配4，则式子为：3Fe+4H2O=Fe3O4+H2由此推出H2系数为4，写明条件，短线改为等号即可：3Fe+4H2O==Fe3O4+4H2
(3)归一法
找到化学方程式中关键的化学式，定其化学式前计量数为1，然后根据关键化学式去配平其他化学式前的化学计量数。若出现计量数为分数，再将各计量数同乘以同一整数，化分数为整数，这种先定关键化学式计量数为1的配平方法，称为归一法。
做法：选择化学方程式中组成最复杂的化学式，设它的系数为1，再依次推断。
第一步：设NH3的系数为1 1NH3+O2——NO+H2O
第二步：反应中的N原子和H原子分别转移到NO和H2O中，由
第三步：由右端氧原子总数推O2系数
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