一、实验室定位与研究方向
河南省化学生物与有机化学重点实验室依托于郑州大学的有机化学国家重点（培育）学科，立足河南面向世界，侧重基础研究、应用基础研究，推动新技术、新原理不断地应用于生产实践，同时造就和培养适合我省国民经济发展需要的高级科技人才。
实验室主要研究方向：1．有机合成方法学研究 ；2.有机小分子与超分子的功能化研究；3.化学生物学。
二、主要研究工作和成果
1．有机合成方法学方向的主要研究内容及成果
（1） 物理有机与金属有机化学
1）金属有机化合物在催化碳—碳、碳—杂原子键生成反应（Heck、Suzuki、Sonogashira、Buchwald-Hartwig胺化反应等）中的应用；
2）二茂铁为骨架的高选择性手性配体的设计、合成及其在催化不对称反应中的应用；
3）毛细管电泳技术在分析和分离各种手性化合物中的应用。
该研究方向在吴养洁院士领导下，在物理有机、金属有机与大环化学等方面取得了系列具有重要理论意义与应用价值的研究成果。 例如，系统地研究了具有结构多样性的二茂铁单、双亚胺的环金属（Hg, Pd, Pt, Sn, Te等）化反应和金属转移反应及有关立体化学；提供了在自然界至关重要的有机化合物分子内、分子间弱相互作用的众多证明，阐明了其作用规律，丰富了近代化学键理论的内容。
系统地研究了手性与非手性二茂铁衍生物的环金属（Pd, Hg, Pt, Te, Sn 等）化反应与金属转移反应、分子内配位对反应区域选择性的影响、分子内配位、结构因素对化合物性质影响的规律、环金属化反应与金属转移反应的立体化学，取得了具有创新性的研究成果，发表有关学术论文60多篇，主要发表于J.Organomec. chem, Tetrahedron，Dalton Trans等SCI源杂志上，有10多种新化合物被收入金属有机化合物字典，部分成果已发表在2001年J. Organomet. Chem. 杂志为纪念二茂铁发现50周年的专辑（637-639卷，27-46页）特邀吴养洁院士所撰写的“invited review”中。
首先以二茂铁亚胺环钯化二聚体为催化剂，用于催化有机相或水相中的Heck、Suzuki反应及芳基氯化汞的偶联反应，结果表明此类环钯化合物能耐受约140 °C的高温，并且在空气和水中都很稳定，是催化上述反应的新型无膦高效催化剂，研究结果已发表在J. Organomet. Chem., Chin. J. Chem., Acta. Chim. Sina, Arkivoc等SCI期刊上。在此基础上，由吡啶、氮杂环卡宾、膦配体与环钯化二茂铁亚胺二聚体反应，合成得到一系列环钯化二茂铁亚胺单体，发现两个很少见的Cis构型的单体结构；将这些单体用于催化反应，结果表明含氮杂环卡宾或含膦单体的催化活性要高于二聚体或含吡啶的单体，其中三苯基膦单体用于催化有些Suzuki反应、端基炔的自身偶联、无铜无胺条件下的Sonogashira反应、芳基硼酸与端基炔的交叉偶联反应、芳基碘或溴代物与嚬哪醇二硼酸酯的偶联；而三环己基膦单体是催化廉价的、通常情况下难反应的芳基氯与苯基硼酸偶联反应的高效催化剂；联苯类二环已基膦类单体在水相中能很好的催化芳基氯与各种胺的C-N键偶联反应，而氮杂环卡宾类单体能有效催化有机相中的C-N键偶联反应，在较短时间内就可达到高的收率。研究结果发表在Tetrahedron Lett., Tetrahedron, J. Organome.t Chem., Eur. J. Org. Chem., Dalton Trans., Polyhedron, Applied. Organomet. Chem.等SCI期刊上。利用廉价易得的氨基醇，首次合成得到一系列新型非手性或手性1,3-双咪唑啉基苯化合物，分别以氯亚铂酸钾或醋酸钯为金属源，成功地实现了双咪唑啉基苯化合物C2位的直接金属化反应，得到相应的新型NCN钳形金属化合物，发现钳形铂化合物在室温下有较好的磷光发射，而钳形钯化合物能较好地催化芳基溴与苯基硼酸的Suzuki偶联反应。此外，研究了简单、低毒的硝酸铈铵在催化氮杂Machael加成反应（C-N键偶联反应）中的应用，结果发表在Tetrahedron Lett.上。2001年以来，该方面的研究结果已发表SCI论文30余篇。
设计合成了具有平面手性和中心手性的二茂铁配体（N、P；O、P；氮杂小环）；建立了亚胺的不对称烷基化反应新催化体系，取得了高达95%的化学产率和97% ee；用于Michael加成反应取得了高达92% ee，以上这些研究已发表于Tetrahedron，Synthesis等SCI源杂志上并引起国际同行的注意，其中6篇文章在德国应用化学杂志的一篇综述中被引用。
2．有机小分子与超分子的功能化研究
1）通过对分子的“剪裁”和超分子组装，合成具有优良非线性光学性质的化合物，研究材料的分子结构与其性能之间的关系，强调通过对材料分子结构的设计来实现材料的功能化。
2）合成发光效率高和电子传输性较好的组合型有机发光材料，制备有机电致发光器件，探讨有机配合物发光材料在有机电致发光方面的应用前景。
3）设计并合成系列新型功能有机高分子，利用LB膜技术探讨功能有机高分子LB膜的形成条件、物理性质、光学性质及在紫外光的作用下前后化学变化机理；探讨LB膜的结构和组成对光刻性质的影响。
已先后设计合成了100多个结构新颖、性能良好的一维、二维和三维的配聚物超分子，其中某些化合物呈现很强的非线性光学吸收及较强的自聚焦效应，相关论文已在Angew. Chem.，Chem. Eur. J.等期刊上发表。
在组合型有机发光材料研究方面发现能量匹配的分子组装能够大大提高发光材料的发光效和载流子传输性和电致发光稳定性。
3．化学生物学方向的主要研究内容及成果
（1）黄酮磷酰化改造及与蛋白的弱相互作用
从药用植物中提取相应的活性的黄酮，对其进行磷酰化结构改造，研究其与蛋白质的相互作用机理。
（2）磷酰化氨基酸的合成及无机磷试剂辅助下氨基酸自组装成肽研究。
（3）含磷阻燃剂的合成、表征阻燃机理及阻燃性能研究。
（4）淀粉磷酸化改造及应用。
（5）细胞周期（cell cycle)与营养元素铜离子稳态相互作用：磷化激酶Cdc28和Pho85 调控转录因子MAC1基因表达机理的研究。
（6）重金属离子诱导神经退化（neurodegeneration)的机理研究。
主要研究成果：
（1）黄酮磷酰化改造及与蛋白的弱相互作用
阐明了磷酰化部位在与生物大分子相互作用中所发挥的重要作用，找出小分子与蛋白的作用位点，揭示了蛋白在发挥作用时的构象信息，为开发有生物活性的含磷药物提供了理论基础。研究成果在Anal. Chem.等期刊上发表，并被Chem. Review, Nat. Prod. Rep., J. Am. Soc. Mass Spectr.等期刊引用。生物学实验表明，磷酰化黄酮比黄酮具有更强的抑制Hela肿瘤细胞生长的活性,研究成果在 Bioorg. Med. Chem.等期刊上发表。
（2）磷酰化氨基酸的合成及无机磷试剂辅助下氨基酸自组装成肽研究
合成了具有生物活性的O-磷酰化和N-磷酰化氨基酸，并对其质谱裂解规律进行了研究。合成得到两种氨基酸的环六肽以及七种氨基酸的环二肽，利用柱色谱、凝胶色谱、半制备液相色谱以及液相色谱－质谱联用等现代分离分析技术，探索分离纯化各类环肽化合物的新方法；利用二维NMR、园二色谱（CD）、X射线衍射以及氨基酸构型比例测定法等手段确证生成环肽所含氨基酸的构型。拓展了LC-MS在生物化学、医药化学、食品化学的应用。研究成果在J. Mass Spectr.等刊物上发表。
（3）含磷阻燃剂的合成、表征阻燃机理及阻燃性能研究
虽然含卤阻燃剂已得到广泛地应用,但是易发生二次污染. 含磷阻燃剂具有无烟、低毒、高效环保等优点。因此，其成为当前研究的热点。该方向合成了一系列螺环磷酸酯（胺）化合物和磷腈衍生物，对其结构进行了表征、质谱辅助阻燃机理和其阻燃性能初步测试研究，部分工作已在国际、国内会议上交流，还有部分工作已提交在CCL、RCM上。
（4）淀粉磷酸化改造及应用
已成功地将玉米、小麦淀粉进行磷酸化改性，增加了原有淀粉的弹性，使其剪切力增强。此技术已应用于“康师傅”方便面等知名品牌。
此技术还可被广泛应用于造纸业、纺织业，可使农业产品转化为高附加值的工业产品。制成的纳米淀粉可作为医药载体使用，可把普通纤维改性为可降解的再生纤维等。
（5）提出了一种全新的铜离子信号转导的机理，发现了基因转录因子Mac1的磷酸化过程，首次把由蛋白质磷酸化为机理的经典生物信号转导机制与金属离子信号转导结合了起来。
该方向在从事铜离子信号转导机理的研究工作中，首次发现在酵母细胞的染色质里有一类特殊的核小体（nucleosome），它在铜离子信号转导过程中起着极其重要的作用。该研究工作不仅发现了一种全新的铜离子信号转导机理，而且丰富了分子生物学领域对核小体在调控基因表达过程中的作用机理的认识。这个原创性的工作发表在“细胞”（Cell，影响因子40左右）杂志上。
在上述工作的基础上，深入探讨铜离子的浓度对基因转录因子Mac1分解的影响（发表于J. Biol. Chem.杂志)，发现了Mac1的磷酸化过程，还发现Mac1只有被磷酸化后才能结合到铜离子摄入蛋白质基因CTR1的启动子(promoter)上（发表于J. Biol. Chem.杂志）。这一发现首次把由蛋白质磷酸化为机理的经典生物信号转导机制与金属离子信号转导结合了起来，打破了金属离子的分子生物学领域中的一个旧概念：金属离子信号只是通过金属离子与蛋白质之间的配位化学机制得到传递的。这说明金属离子信号转导的机理和经典的生物信号转导方法是相互相联的，由此细胞能够对环境的变化能作出灵敏的反应。在这些工作的基础上，又发现Mac1在由铜诱导的细胞膜表面铜转运蛋白Ctr1的分解过程中起重要的作用（发表于J. Biol. Chem.杂志)。这是首次发现一个基因的转录因子控制基因表达过程中两个步骤——转录（transcriptional）和翻译后（post-translational）水平。该发现被生物化学杂志作为特快文章发表（Accelerated Publication)。
（6）在基因的水平上揭示是Cu+离子而不是Cu2+离子对细胞有毒，发现一个全新的细胞抗铜离子毒性的机理，为人体血浆铜蓝蛋白基因的遗传缺陷引起的神经退化疾病（Aceruloplasnemia）提供了一个崭新的解释。
该方向的另一个重要研究课题是探讨重金属离子是怎样诱导神经退化(Neurodegeneration)的，从而解释重金属离子的毒性是怎样影响帕金森综合症(Parkinson’s disease)、朊病毒疾病(Prion disease)以及Alzheimer’s疾病。研究工作发现酵母细胞膜表面氧化酶Fet3p的催化作用使有毒性的Cu+ 转变为无毒的Cu2+离子，这个生物化学反应保护细胞不受铜离子毒性的影响(发表于J. Biol. Chem.杂志)。该研究工作首次在基因的水平上揭示了Cu+而不是Cu2+离子对细胞有害。人体内也有一种类似Fet3p作用的蛋白质叫血浆铜蓝蛋白(Ceruloplasmin)，而血浆铜蓝蛋白基因的遗传缺陷会引起一种神经退化疾病（Aceruloplasnemia）。长期以来，人们认为该疾病是由于病人体内铁离子的过量积累引起的，而该课题组的研究表明：其真正原因可能是由铜离子的毒性引起的。课题组的最新研究表明：铁离子具有抗铜离子毒性的作用(发表于J. Biol. Chem.杂志)。根据该课题组的发现，John Hopkins大学的Leah Harris教授果然发现铜离子能够杀死没有铜蓝蛋白的脑细胞，而铁离子不能。目前，该课题组正在利用人体细胞从Cu2+离子的还原酶蛋白质Dcytb的角度来进一步探讨：Cu2+＋e ------ Cu+ 这样一个化学反应在神经衰弱过程中的作用，以达到理解重金属离子在人体大脑神经生物学的作用。
该研究方向与美国加州大学柏克莱分校(Berkeley)的Chris Vulpe教授的实验室建立了长期研究合作关系，利用转基因小鼠协同研究人体内Cp、Hp和Zp这三种氧化酶在神经退化(Neurodegeneration)过程中的作用。
（7）发现营养元素铁离子稳态调控因子Aft1直接调控细胞体内DNA合成
该课题是实验室研究细胞周期与营养元素稳态相互作用的一个方面。细胞体内DNA的合成反应是依赖于铁离子的，这是因为催化该反应的核糖核苷酸还原酶(ribonucleotide reductase)必须与铁离子结合后才能起到催化DNA合成的作用。该课题组已发现在铁离子稳态中起关键作用的转录因子Aft1调控该还原酶的亚单元(sub-unit) 基因RNR2的表达。另外，铁离子浓度的变化也改变RNR2基因的表达。这些发现首次揭示了营养元素铁直接调控细胞体内DNA的合成；另外，也揭示了铁离子稳态与细胞周期是紧密相连的，因为细胞体内DNA的合成是细胞周期中极其关键的步骤。该课题的深入研究将对认识营养元素的信号是怎样转导到细胞周期由此调节细胞周期进程的这一问题提供解释，这是生物学领域的一个尚待解决的具有根本意义的问题。因为细胞周期的失控是导致癌症的根本原因，所以该课题的研究成果有可能为研发以营养为基础的癌症新疗法作出贡献。
（8）发现细胞周期(cell cycle)直接调控营养元素铜离子的稳态(homeostasis)
该课题是实验室研究细胞周期与营养元素稳态相互作用的另一个方面。临床研究已证明，如果降低铜离子的浓度会抑制细胞周期以至肿瘤的生长和癌细胞的扩散，反之，摄入过量的铜会使癌症加剧恶化。但是，目前并不清楚铜离子在这些过程中是如何起作用的。该课题组首先发现细胞铜离子的转运是受细胞周期直接控制的，两个在细胞周期中起关键作用的激酶Pho85和Cdc28直接调控在细胞铜离子稳态过程中起关键作用的转录因子基因MAC1的表达。实验室最近得到了有关Cdc28与Mac1相互作用机理的一个重要发现；实验结果表明Cdc28与Mac1之间的相互作用是由Mac1蛋白自身的一个Motif控制的，而这个Motif 本身是细胞体内铜离子的Sensor。这是在研究细胞周期与铜离子稳态之间的相互作用和铜离子信号转导机理方面一个长足进展。这些发现从另一方面表明细胞周期和营养元素稳态有直接相互作用。这个课题的深入研究也有可能为研发以营养为基础的癌症新疗法作出贡献。
三、人才培养与团队建设
重点实验室目前形成了一支稳定的科研队伍，其中既有在我国化学界享有盛名的化学界老前辈，又有一批中青年科研骨干。在固定编制的55人中，有院士4人，博士生导师9人，获得博士学位的教授40人。实验室工作人员中有中国化学理事1人、中国药学会理事1人、全国性学会专业委员会委员7人、全国性杂志编委6人，国家有特殊贡献专家3人、享受国务院特殊津贴人员3人、国家百千万人才一、二层次人员1名、河南省特聘教授2人、河南省跨世纪学术带头人培养对象6人、河南省中青年骨干教师5人。注重高层次人才的培养，尤其是博士后、博士生以及硕士生的培养。
基础条件情况
| 可用于本实验室的大型、精密、贵重仪器设备情况 |
| 仪器设备名称 |
规格型号 |
购置时间 |
| 高分辨质谱仪 核磁共振仪 3台 液相色谱质谱联用仪2台 X-射线衍射仪/CCD 高效毛细管电泳仪／激光诱导检测器 LB膜拉膜机 真空溅射镀膜仪/真空镀膜仪 系统薄膜测定仪
系统显微镜 紫外线光源机 旋光仪 2台 高效液相色谱仪 4台 PLC控制的惰性气体糸统 2台 荧光分光光度计 3台 制备色谱 2 傅里叶变换红外光谱仪 3台 元素分析仪 3台 GC-MS 2台 GC 离子色谱仪 高速冷冻离心机 凝胶成像仪 梯度PCR 紫外分光光度计 2台 圆二色谱仪 真空红外光谱仪（原位、在线、VCD） |
Micro-QTOF/ Agilent1290-6540 Bruker 400MHz（2台）/300MHz ESQUIRE 3000/Agilent RAXIS-IV/Saturn 724 HP3D Agilent CE /35900E KSV 5000-3 BTT IV/JZF-400 OLED Aquila Nkd-8000v BX51-OLYMPUS UV-250 Source PE 341 Waters 600E/ Labmasfer 130 F-4500(2)/FluoroMax-P IntelliFlash TM 280/ Agilent IR-200/Bruker 220 Carlo-Elba 1106 TRACE-DSQ/DSQⅡ Agilent 4800/1100 戴安 CRZZGII DGS-800 2720 GBCUV-2050/PE-lambda35 英国 Bruker V70 |
2004/2011 1996/2007(2) 2001/2005 1998/2006 2004 2004 2004/2006 2007 2006 2005 1998/2003 2000/2002 2002 2003(2)/2006 2001 2002/2001（2） 1986/2005/2007 1998/2006 2001/2006 2006 2006 2006 2006 2014(2) 2014 2014 |
| 实验室情况 |
| 实验室 名 称 |
设备（台、件） |
实验室人员配备（人） |
| 合计 |
10万元以上 |
| 物理有机与金属有机化学实验室 化学生物实验室 药物研究与新药开发实验室 有机光电与信息功能材料实验室 国际磷化学研究中心 现代分离技术与分子识别实验室 |
260 210 160 120 20 10 |
45 42 28 25 11 10 |
18 12 12 10 9 15 |
| 可用于科研的专业文献资料情况及获取资料的技术手段 |
| 长期订购的主要专业期刊和重要图书（含电子期刊）举例：（列出书名、刊名、册数和期刊的订阅起止时间） 主要英文期刊：CA 1907-; Nature 1946-; Science 1920-; Chem. Rev. 1925-; JACS 1907-; JCS 1931-; J. Org. Chem. 1936-; J. Organomet. Chem. 1963-; Tetrahedron 1958-; Tetrahedron Lett. 1959-; Organometallics 1982-; Ber. 1931-; Bull. Chem. Soc. Jap. 1926-; Synthesis 1971-; Synth. Commun. 1972-; J. Synth. Methods 1984-; Pure Appl. Chem. 1961-; Angew. Chem. 1965-; Chem. Soc. Rev. 1947-; Inorg. Chem. 1962-; J Appl. Polym. Sci. 1961-; Macromolecules 1980-; Polym. 1963-; J. Polym. Sci. 1946-; Poly. Sci. Eng. 1963-; Anal. Chem. 1955-; Chem. Phys. Lett. 1955-. 重要图书： [1]Beilstein 第四版 1918- [2]Sadtter Standard Spectra(IR, UV, 1H NMR, 13 CNMR) [3]Gmelins 第八版（全） [4]CRC Handbook of Data on Organic Compounds [5]Organic Synthesis 1920- [6]Organic Reaction 全册 [7]ACS Symposium Series [8]Encyclopedia of Chemical Technology [9]Inorganic Syntheses [10]有机合成手册 [11]无机合成手册（全册） [12]]分析化学手册（全册） 主要电子期刊和数据库： SciFinder (CA网络版)电子期刊 SCI检索 EI检索 Springer电子期刊 Elsevier Science电子期刊 ISI Web of Knowledge esp@cenet（欧洲专利数据库） USPTO（美国专利数据库） INSPEC(英国科学文摘) UMI-ProQuest博硕士论文全文数据库 CSA(剑桥科学文摘数据库) Royal Society Chemistry 万方数据库等 中国专利数据库 中国学术期刊全文数据库 书生之家电子图书数据库 维普科技期刊全文数据库 中国优秀博硕士学位论文(全文) |
四、开放与交流
已经与俄罗斯科学院元素所、法国Rennes大学、新加坡南阳理工、意大利博洛尼亚大学、美国孟菲斯大学等建立国际合作关系。俄罗斯科学院元素所专家应邀商讨中俄政府共同支持的合作项目。每年举办一届国际化学学术会。每年邀请国际、国内知名学者进行学术交流。
依托单位：郑州大学
实验室主任：吴养洁 院士 学术委员会主任：赵玉芬院士
联 系 人：张西林 联系电话：0371-67763224
传 真: 0371-67763390 电子邮箱：xlzhang@zzu.edu.cn
网址：http//lab.hnyqw.com
通讯地址：郑州市大学北路75号 邮政编码：450052
