Cooley Lab

化学合成，生物无机化学，高分子化学

Professor: Christina Cooley, Ph.D.

Overview: 

库利实验室的研究应用合成有机化学的力量来解决生物学和人类健康方面的问题. 我实验室的学生将有机会设计和合成新分子，并在以下两个主要项目领域评估其检测和治疗人类疾病的能力.

我们的主要研究领域是开发新的方法来放大分子信号，作为一种检测生物分子相互作用和潜在作用的方法, disease. 我们已经开发出不以单体形式发出荧光的荧光单体, 但当与各种方法合成的聚合物结合时，就会发光, for example by atom transfer radical polymerization (ATRP). 聚合物荧光是可量化的荧光阅读器或肉眼可见, 并与聚合引发剂的浓度有关, which serves a model analyte.

这个荧光聚合亚群目前有许多研究方向，从基本的有机合成和聚合研究到检测应用. 目前的项目旨在合成新的单体，以改善物理性质，如水溶性, 替代光引发荧光聚合平台的开发与评价, 荧光聚合检测分析物方法的优化, 并应用于蛋白质和生物分子相互作用的直接检测. Students working in this area will apply a range of organic, polymer and biochemical techniques, 从化学合成小分子和自由基聚合技术引发的各种方法，从金属催化剂到可见光照射, 用凝胶渗透色谱法对聚合物进行分析和表征, nuclear magnetic resonance spectroscopy, and fluorescence analysis methods.

库利实验室在治疗药物输送的一般领域有第二个小组, 利用活性氧(ROS)的感知在病变组织中进行前药激活和治疗释放. 前药是药物的“笼子”版本，在特定的生物条件下释放到游离药物之前是无活性的. We have synthesized and evaluated prodrugs of AA 147, 在再灌注事件(如心脏病发作和中风)后，哪一种激活应激反应信号通路作为治疗靶点. 这些AA 147的前药被活性氧(ROS)的存在选择性地释放。, which occur at high levels during reperfusion events. 我们也在探索其他类型的可释放的AA 147前药，以改善体内动物研究的药效学特性, 以及用于协同化学应用的荧光ROS传感器的合成. 该领域的学生将获得小分子合成和表征的经验, 并分析其在生物条件下的治疗释放谱.

Lambert Lab

Organic Chemistry

Professor: Joseph B. Lambert, Ph.D.

琥珀是数百万年前植物分泌的树脂物质的最终化石产物.  It is found on every continent except Antarctica.  There are at least five chemically distinct types of amber, 取决于原始渗出物的植物物质来源.  核磁共振(NMR)光谱可以区分这些不同的植物来源，并为确定琥珀的真伪和了解其地理来源提供了一种手段.

More generally, 渗出物是植物产生的有机化合物的复杂混合物, usually as the result of injury or disease.  渗出液以液体形式分泌，在植物表面几小时到几个月就会硬化成固体.  这些材料在人类历史上有许多实际应用, 它们为植物分类提供了一个分子窗口。.  我们已经发现，在同一种植物和同一种植物之间，渗出物的分子结构是非常强健和一致的.  渗出液有几种不同的化学成分.  树脂由萜类化合物组成，可以通过石化形成琥珀.  Gums are made of polysaccharides.  乳香和没药等树胶树脂含有这两种物质.  Kinos contain phenols.  Although these four chemical groups are the largest, there are several other smaller but distinct chemical groups.

我们正在进行一项世界范围内所有植物科植物分泌物的调查, and of amber, 需要现场采集材料并在实验室进行核磁共振分析.  我们也在研究热对琥珀及其稍微年轻一些的同类分子结构的影响, copal.  在雕刻之前，热被用来改变琥珀的性质.  对人工加热的样品进行光谱检查可以阐明结构如何随加热而变化.

Shearer Lab

Bioinorganic Chemistry; Computational Chemistry; X-ray Spectroscopy

Type: Inorganic Chemistry
Professor: Jason Scherer, Ph.D.

Shearer Group的研究主要集中在了解与生物和工业相关的过渡金属物种的电子结构如何影响其反应性和物理性质. 我们工作的核心是合成、光谱和计算化学的协同使用. 虽然我们用自然发生的生物系统或工业催化剂进行一些工作, 我们主要研究这些系统的合成模拟物，以探索其化学的一个特定方面. 下面简要介绍了希勒集团目前正在进行的两个项目.

 1. Probing Nickel Containing Superoxide Dismutase. 含镍超氧化物歧化酶(NiSOD)利用NiII/NiIII氧化还原对催化剧毒超氧化物(O2 -)转化为二氧和过氧化氢. 在还原的NiII氧化态中，镍位包含在扭曲的方形平面NiN2S2配位环境中，配位体来源于Cys2, Cys6, n端胺氮和来自Cys2的酰胺氮. 我们一直在探索的NiSOD活性位点的一个不寻常的特征是，其中一个配位的Cys硫配体是质子化的, forming a Ni-S(H+)-Cys moiety. A number of roles for this moiety can be envisioned; our hypothesis is that protonation of the Cys sulfur ligand poises the nickel site for reactivity. 我们假设质子化提高了以镍为主的轨道的能量，允许电子从NiII转移到O2 -, thus generating O22– (peroxide) and NiIII. To test this hypothesis, 我们正在制备一些基于金属肽的NiSOD模拟物以及可以支持可逆Ni-S(H+)-Cys形成的小过渡金属配合物. 通过光谱检查硫质子化对这种模拟物的影响, 我们试图了解Ni-S(H+)-Cys部分在NiSOD反应性中的作用, and Ni-S-R containing compounds in general.

2. 从价键理论的角度理解过渡金属配体的键. 在现代化学物理中，化学键的量子力学描述主要通过三个模型来描述:分子轨道, density functional, and valence bond (VB) theory. 所有这些方法都有不同的优点和缺点. VB理论的优点是用化学家能理解的术语来描述化学键(共价键和离子键)。, and thus yields intuitive descriptions of bonding. However, 只是在过去的十年里，VB理论方法才发展到可以在足够高的理论水平上处理更大的化学系统，从而产生准确的解决方案. 我们利用VB理论的这些最新进展来探索键合, energetics, 有机金属转化中过渡金属配合物的反应性. For example, 我们最近研究了[CuR4] -配合物(R =烷基)的还原消除，并发现了一些关于这类物质的化学“隐藏”特征. For example, one surprising aspect of such reactions is that they are not reductive eliminations in any physically meaningful sense of the word; instead they can be viewed as admixtures of radical C-C couplings and simple Lewis acid/base reactions.

Urbach Group

Supramolecular Chemistry; Biosensing; Diagnostics; Drug Formulation

Website: Urbach Group
Professor: Adam Urbach, Ph.D.

药物化学和医学诊断的目的是在复杂的混合物中识别特定的蛋白质, such as blood, and to stick to that protein.  Pharmaceuticals block the normal function of that protein. Medical diagnostics measure the quantity of that protein. 乌尔巴赫实验室开发了识别特定蛋白质的新化学物质, 我们用这种化学来解决重要的生物医学问题. 学生参与实验设计和实施, problem solving, data analysis, presentation, and publication.

乌尔巴赫研究小组的学生学习了一系列的技术, which can include organic synthesis to make peptides, bioconjugates, hydrogels, and modified proteins; NMR spectroscopy; mass spectrometry; microcalorimetry; fluorescence spectroscopy; circular dichroism spectroscopy; and X-ray crystallography. 这种方法和途径的结合为学生提供了广泛的技术和深度的研究，为进一步学习有机化学奠定了良好的基础, biophysical chemistry, medicinal chemistry, biochemistry, bioengineering, and biotechnology.

目前的项目包括:1)开发新的化学方法来识别蛋白质和蛋白质的氨基酸序列. 我们的发现为预测性蛋白质识别建立了新的规则, 我们目前正在努力扩大我们的化合物可以接触到的蛋白质的范围, and to increase the strength and selectivity of interaction. 2) Synthesizing new protein receptors with new properties. 3)蛋白制剂质量控制技术的开发. 4)开发一种可控制时间释放的蛋白质药物配方新策略.  Dr. 乌尔巴赫总是对与学生讨论新想法感兴趣. 这些项目由美国国立卫生研究院和韦尔奇基金会资助.