专注有机催化研究　研发新型抑菌药物——江苏师范大学曹昌盛教授

2017-09-20

江苏师范大学博士生导师曹昌盛教授长期从事化学领域的科学与应用研究，先后主持国家自然科学基金“氮杂环卡宾（NHC）催化二氧化碳参与有机反应的研究”、教育部留学回国人员科研启动基金项目“Pd卡宾金属有机化合物的合成及其对C-S键形成的催化研究”等。在金属有机化学、有机小分子催化、新型抑菌药物的研发和糖尿病康复等方面取得了多项研究成果。

一、金属有机化学研究

金属有机化学是无机化学和有机化学相互交叉渗透的学科，它的发展打破了传统的有机化学与无机化学的界限，成为一门新兴的学科和当代化学的前沿领域，应用十分广泛。曹昌盛教授研究发现后过渡金属-NHC化合物可催化氢胺化反应，新发展的催化剂在空气中非常稳定，使得氢胺化反应可在空气条件下进行，从而解决了目前存在的前过渡金属化合物对水和空气敏感，在实际应用中受限的问题。另外，在金属有机化合物催化单、双-Heck选择性反应，Sonogashira偶联反应和Sonogashira/Arylation串联反应，酮的α-芳基化反应，Fisher吲哚化合物合成以及杂环化合物合成反应等方面取得了一系列研究成果。这些成果对学科的发展均有较大的理论意义和潜在的应用价值。他还带领研究团队与美国犹他大学Peter J. Stang课题组合作开展了金属化合物的自组装方面的研究，合成了具有明确结构的含8个铂（II）金属原子、2个面对面卟啉、4个柔性或刚性的烷基羧酸链的笼型超分子，该研究对模拟植物的光合作用将太阳能转化为化学能开辟了新的有效途径，研究成果发表于国际期刊PNAS。

二、绿色化学研究

虽然二氧化碳是一种温室气体，但也可作为一种廉价、无毒、可再生的碳资源。若能将其转化为别的有机化合物，可实现二氧化碳的资源化，不仅能帮助解决石化资源日益匮乏的问题，而且有助于缓解大气中二氧化碳浓度过高所带来的环境问题。

基于此，曹昌盛承担了国家自然科学基金项目“氮杂环卡宾催化二氧化碳参与有机反应的研究”。氮杂环卡宾化合物具有易于制备、结构稳定且反应体系对环境友好等优点，表现出了极高的催化性能。研究发现，温和条件下，氮杂环卡宾可催化二氧化碳转变为碳酸乙烯酯，产率很高。此项研究无疑为二氧化碳的回收、再利用提供了一种更好的选择。同时还在无溶剂、室温下二氧化碳与环氧乙烷的催化环加成，以及二氧化碳与苯胺衍生物、环氧溴丙烷的一锅法反应方面进行了深入探索。基于这些研究成果，他又带领研究团队开展了水溶液中二氧化碳参与有机反应的研究。

三、研发三芳基胺系列产品

曹昌盛团队为徐州宇家化工科技有限公司试制了多个三芳基胺类产品，在获得了可靠的实验室数据后，由企业进行放大生产，并已成规模生产并出口到日本。该系列产品因具有色泽亮丽、色彩持久等优点，已应用于高端打印墨盒中。

成果N,N-双{4-[(1E,3E)-4-苯基-1,3-丁二烯基]苯基}-对正丁基苯胺（图1）自2010年开始中试，2011年6月开始小批量生产，在随后的两年内逐渐成熟，年产量稳定在300公斤。

随后又研发出N,N’-双(4-甲基苯基)-N,N’-双(4-正丁基苯基)-9,10-二氨基菲（图2）、N,N-双{4-[(1E,3E)-4-苯基-1,3-丁二烯基]苯基}-邻乙氧基苯胺（图3），均已实现工业化生产，年产量均在300公斤左右。

四、新型抗菌药物研究

目前，细菌的耐药性越来越普遍，甚至出现了一些超级耐药细菌，当务之急是发展新型抗菌药物。传统氟苯与苯胺衍生物的亲核反应难以发生，即使个别反应能进行，其条件也很苛刻。曹昌盛团队研究实现了在温和条件下一氟到六氟苯与苯胺衍生物的亲核取代反应的顺利进行。此反应的发现不仅对含氟化合物的合成带来了方便，而且对基于苯胺衍生物合成含氟咔唑类化合物提供了一条非常有效的途径。进一步研究还发现部分含氟咔唑类化合物具有抑制野生型大肠杆菌（Escherichia coli）、金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）等菌株的活性。更重要的是部分化合物具有抑制携带NDM-1耐药基因的大肠杆菌和肺炎克雷伯菌（Klebsiellapneumoniae）以及耐甲氧西林金黄色葡萄球菌S. aureus（MRSA）等“超级细菌”的生物活性。初步毒理实验表明，选测的具有较好抑菌活性化合物的LD50为595 mg/Kg。该研究为研制全新结构的抗菌药物，特别是抑制携带NDM-1耐药基因的“超级细菌”的药物提供了先导化合物，具有较高的开发价值和应用前景。

五、胰岛素生成和运输机制研究

此外，曹昌盛还十分关注有机化合物在一些常见病治疗与康复中的作用。由于目前糖尿病患病率增长迅猛，如何防治糖尿病引起人们广泛关注，而糖尿病主要发病原因是由于体内胰岛素供给不足，常规的治疗方法是通过注射来补充人体内缺乏的胰岛素，以实现对血糖的有效控制。曹昌盛另辟蹊径，从胰岛素生成和运输机制入手进行探索，以2型糖尿病为重点关注对象，提出了“堵塞理论模型”。

专家简介

曹昌盛，博士，江苏师范大学特聘教授，博士生导师，兼任《江苏师范大学自然科学学报》副主任编委。1995年6月在吉林大学化学系获得理学硕士学位，1999年6月在吉林大学化学系获得理学博士学位。先后在美国圣母大学化学系、密歇根州立大学化学系从事博士后研究。2003年至2005年任加拿大不列颠哥伦比亚大学化学系研究员，2005年至2007年任加拿大卡尔加里大学化学系研究员，2007年至2008年任加拿大约克大学化学系研究员。2008年回国，任江苏师范大学化学化工学院特聘教授（三级岗）。他是江苏省高校“青蓝工程”科技创新团队的团队带头人，江苏省“333工程”第三批第三层次培养对象。