机械化学法构建缺陷手性MOFs及其不对称催化研究

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手性金属-有机框架材料(CMOFs)是一种由有机配体和无机节点构成的具有手性特征的多孔材料,由于其具有多孔性、可调性好和比表面积大等优点,被认为是最有前途的多相不对称催化剂之一。然而,目前手性MOFs的孔道尺寸通常小于2 nm,无法装载尺寸较大的高效手性催化剂,也很难手性催化具有纳米尺度、高附加值的医药中间体底物,限制了其应用领域。因此,开发新的手性MOFs合成策略,构筑具有较大孔腔结构和水热稳定性的高活性手性MOFs仍具有重要意义,但同时又是个巨大挑战。本论文提出了一种新的构筑手性MOFs的方法,即采用缺陷工程理论,构建一类具有较高水热稳定性、多级孔道结构的孔缺陷手性MOFs。手性MOFs中引入缺陷不仅能够增加活性位点,还可以增大材料的孔径,从而提高催化反应的效率。另外,我们采用机械化学法来构筑缺陷手性MOFs,这一绿色合成方法克服了MOFs常用的溶剂热合成法的溶剂需求大、反应时间长、废液难处理等问题,全过程无溶剂或者少许溶剂,反应时间短,且反应温度为瞬时温度,对MOFs的手性消旋化没有影响,是一种绿色的合成方式。本文中的工作主要分为以下两个部分:第一部分:为解决手性MOFs孔径限制的影响,本工作根据缺陷工程理论,选用截断混合配体方法构建缺陷,结合机械化学法一步快速合成手性缺陷催化剂—Cu-BTC-P-X。其中截断混合配体法可在截断位置引入手性配体,该位置能产生缺陷,增大手性MOFs的孔径,从而加速反应的传质和为立体选择提供一定的空间,提高催化活性。将手性催化剂用于不对称催化反应,具有较好的活性和稳定性,其中Cu-BTC-P-6表现出较好的活性,其对Aldol反应的转化率为97.1%,ee值为44.3%,循环5次后活性依旧良好。第二部分:为解决手性MOFs催化剂在一锅法合成过程中固固相的碰撞效率较低导致手性配体需求量较多、晶型较差等缺点,本工作设计了一种机械化学法后合成交换得到的手性催化剂MOF-808-IPA-L-Pro,先合成易于交换的缺陷MOFs,再通过机械化学法,用截断式配体进行交换,这样,材料不仅有缺陷,还能够将功能化的基团引入MOFs中。最后,通过机械化学法后合成交换制备的手性MOFs,应用于不对称催化反应。我们选用的是本身具有较大孔径且稳定性较强的MOF-808作为原始MOF,其后合成配体交换后,进行反应,对Aldol反应的转化率高达99.9%,ee值为45.2%。
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