框架化学研究的重点是通过有限的分子结构单元构筑可预测性的结构。至今为止,在这一领域经典的研究案例都局限在金属-有机框架(MOF)和共价有机框架(COF)材料上。其实,框架化学也可以用来预测离散型的化合物,如多孔有机笼(POC)。虽然其在溶解性、再生和功能化等方面具有独特优势,然而,系统地设计和合成这类化合物的例子却十分少见。 我们研究小组长期从事杯芳烃超分子化合物的研究,深知采用具有“凹”形结构的有机单元自组装是构筑笼状化合物的有效方法。因此,我们采用上沿醛基化的间环杯[4]芳烃为结构基元与不同的二胺类配体组装。由于羟基的存在,生成的亚胺(C=N)键能通过烯醇-酮互变自发转变为稳定的碳胺(C-N)键,从而有望得到稳定的、高比表面积的POC材料。最终,我们得到了具有奇偶效应的[2+4]灯笼状、[3+6]三棱柱和[6+12]八面体POC。所制备的POC的比表面积高达2803m2/g,空腔体积能够连续地由358提升到11243 Å3。值得注意的是,这些POC上含有丰富的氮、氧位点和杯芳烃π电子“空腔”,可以作为气体存储和分离以及主-客体化学的主体分子。此外,这些多孔有机笼在很多溶剂中可溶,它们也可能是构筑POC基复合膜和多孔液体的潜在材料。最后,通过在多胺配体上引入功能基团,有望构筑多功能POC材料。
Porous organic cage molecules are the next interesting step after porous solids, which have well established utility for separation and storage technologies.
——Erick Carreira, Editor-in-Chief, Journal of the American Chemical Society
中国科学院福建物质结构研究所
Fujian Institute of Research on the Structure of Matter, Chinese Academy of Sciences
Reticular Chemistry in the Construction of Porous Organic Cages
2020, Vol. 142, No. 42, 18060-18072
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c07367