No description, website, or topics provided.
Switch branches/tags
Nothing to show
Clone or download
Fetching latest commit…
Cannot retrieve the latest commit at this time.
Permalink
Type Name Latest commit message Commit time
Failed to load latest commit information.
1.png
10.png
11.png
2.png
3.jpg
4.png
5.png
6.png
7.png
8.png
9.png
README.md

README.md

“一锅法”制备SFX实验的虚拟仿真成真

                            作者:董朝阳  尹智鹏  汪悦

1.作品简介:

  • 本项目在详细分析虚拟现实技术的基础上,结合“一锅法”制备SFX实验教学的特点,设计了一个有机合成虚拟仿真实验室。
  • 本作品借助杭州浙大旭日科技开发有限公司的万维引擎平台,采用虚拟仿真技术的3ds Max进行场景建模,在指导老师的指导下,探究了SFX的制备过程及其交互功能,并运用基于Unity3D的万维引擎平台可视化编程语言完成开发。
  • 学生通过本作品不但能够充分理解和掌握专业理论基础知识,而且保障了一个相对安全、可靠的实验教学环境,为学生提供一个不受时间、空间限制的虚拟仿真实验环境。
  • 学生可以通过虚拟仿真实验室模拟真实实验,仔细观察实验的过程和细节,完成各种预定的实验教学项目,因此实验教学的灵活性和交互性大大增强。
    image
    image
    image

2.作品的设计思路、科学性以及先进性

  虚拟仿真实验室的研究首先分析了目前课题组内“一锅法”制备SFX及其衍生物的实验教学需求和难题,继而探讨了虚拟仿真技术在现代教学中的应用,并结合有机合成实验教学的现状,针对SFX的“一锅法”实验教学做了以下研究与开发:
(1)虚拟仿真实验系统设计。基于传统有机合成实验教学的诸多弊端,研究报告从有机合成实验教学实际出发,结合“一锅法”制备SFX的实验过程,完整还原了有机合成实验室的场景,在老师的指导下,设计了适用于SFX实验教学的虚拟仿真教学系统,对虚拟仿真实验教学系统的架构做了具体规划,定义了不同的功能模块,生动形象的描绘了实验教学各项活动的开展流程。
(2)有机合成虚拟仿真实验室开发。虚拟仿真实验室的开发是本研究报告的重点工作,工程采用以软件代替硬件的思想,利用3ds Max软件和基于Unity3D的万维引擎平台,在计算机上构建了与传统有机合成实验室具有相同功能的场景型、交互式的虚拟仿真实验室,模拟2, 3′,6′-TBrSFX的制备与表征过程。
工程的开发拓展了传统有机合成实验教学的深度与广度,使有机合成实验教学不受时间、空间的限制,满足实验教学的需要。采用开放条件的拓展思维训练模式,让学生真正的接触到创新所在的精髓,对化学类相关专业所面向的有机电子、信息材料、存储器等专业创新型人才所需要的知识、技能、和素质目标的达成起支撑。同时,该实验项目打破了传统的固定实验内容的教学模式,节省了大量的教学资源,初步形成了化学实验教学的新模式,在医学、航空、建筑等其他教学领域中也有着广阔的应用。

3.SFX合成实验相关综述

  SFX(螺芴氧杂蒽)是一种螺环结构,2004年,本课题组在使用芴酮与苯酚尝试变换反应条件制备9,9-二(4-羟苯基)芴(FDPO)的过程中,将Easton试剂替代为MeSO3H和P2O5(3:1)的过量混合物作为反应条件,偶然发现了一种极性比芴酮小的副产物。之后又改变反应条件将反应时间延长至24h,得到一种不同于FDPO的未知化合物。出于好奇心,课题组收集此副产物进行表征,最终,经过核磁共振波谱、气相色谱-质谱、单晶衍射解析证明是SFX结构。这次偶然的发现引起了课题组的关注,随后经过不断改变反应条件(如改变MeSO3H和P2O5的投量比或者将苯酚换为苯醚等),多次重复实验后证实了9,9-二(4-羟苯基)芴(FDPO)为动力学产物,而螺芴氧杂蒽(SFX)为热力学产物,这就表明芴酮合环形成SFX的过程经历了一步三键,最后还发现该过程与荧烷中氧杂蒽环的形成过程相似。“一锅法”合成螺环的偶然发现获得了业内同行的高度赞赏,Timothy和Swager在Synfact 发表的文章特地对此发现进行了评述。该方法不仅可以制得高产率的SFX母体结构及其衍生物,而且还可以拓展到其他螺环芳烃的制备(图1.1)。正是“一锅法”的贡献,SFX在化学品商业化目录中的价格明显低于通过邻卤二芳基法合成的SBF,因此SFX类的有机半导体具有很大的商业化潜力。
image

“一锅法”合成SFX及其衍生物

  SFX 虚拟仿真合成项目是一个典型的科研成果转化为教学成果的案例,来源于科研成果。2006 年 SFX 的一锅法被发表在《有机化学通讯, Organic Letters》上(Organic Letters 2016, 18 (24), 6220-6223. 亮点报道,Timothy. M. Swager et al. Synfacts 2006, 9, 0904.),历经十二年的努力,不仅推进了科学研究的进程,实现从实验室到产业化的跨越,今年被烟台某公司量产,出口韩国,有望进入三星显示屏,而且实现了教学成果的转化,应用于“本硕博互动”培养模式,成为教研一体的优质素材,还作为典型案例被引入到《有机合成综合实验》课程、《有机功能材料与器件》课程中。在此期间形成了获 1 项国家自然科学奖二等奖(2013 年, 3/5)、2 项省级奖励和一项省奖教学成果奖(2/10)。
image

SFX 合成实验与各类化学类课程的联系

4.SFX相关成果与授权专利

image
image
image
image
image
image