Summary
هنا ، نصف بروتوكولا لتخليق الأطر المعدنية العضوية منخفضة التكافؤ (LVMOFs) من المعادن منخفضة التكافؤ وروابط الفوسفين متعددة الموضوعات في ظل ظروف خالية من الهواء. المواد الناتجة لها تطبيقات محتملة كمحفز غير متجانس يحاكي المحفزات المتجانسة ذات الأساس المعدني المنخفض التكافؤ.
Abstract
الأطر المعدنية العضوية (MOFs) هي موضوع تركيز بحثي مكثف بسبب تطبيقاتها المحتملة في تخزين الغاز وفصله ، والطب الحيوي ، والطاقة ، والحفز. في الآونة الأخيرة ، تم استكشاف الأطر الفلزية العضوية منخفضة التكافؤ (LVMOFs) لاستخدامها المحتمل كمحفزات غير متجانسة ، وقد ثبت أن روابط الفوسفين متعددة الموضوعات هي لبنة بناء مفيدة لتشكيل LVMOFs. ومع ذلك ، فإن تخليق LVMOFs باستخدام روابط الفوسفين يتطلب ظروفا متميزة عن تلك الموجودة في غالبية الأدبيات التركيبية للأطر الفلزية العضوية ، بما في ذلك استبعاد الهواء والماء واستخدام المعدلات والمذيبات غير التقليدية ، مما يجعل الوصول إلى هذه المواد أكثر صعوبة إلى حد ما. يعمل هذا العمل كبرنامج تعليمي عام لتركيب LVMOFs مع روابط الفوسفين ، بما في ذلك معلومات حول ما يلي: 1) الاختيار الحكيم للسلائف المعدنية والمغير والمذيب ؛ 2) الإجراءات التجريبية والتقنيات الخالية من الهواء والمعدات المطلوبة ؛ 3) التخزين والمناولة المناسبين ل LVMOFs الناتجة ؛ و 4) طرق توصيف مفيدة لهذه المواد. الهدف من هذا التقرير هو خفض الحاجز أمام هذا المجال الفرعي الجديد من أبحاث وزارة المالية وتسهيل التقدم نحو المواد الحفازة الجديدة.
Introduction
الأطر المعدنية العضوية ، أو MOFs ، هي فئة من المواد البلورية المسامية1. يتم إنشاء الأطر الفلزية العضوية من أيونات المعادن أو عقد مجموعة الأيونات المعدنية ، والتي يشار إليها غالبا باسم وحدات البناء الثانوية (SBUs) ، والروابط العضوية متعددة الموضوعات لإعطاء هياكل شبكة ثنائية وثلاثية الأبعاد2. على مدى العقود الثلاثة الماضية ، تمت دراسة الأطر الفلزية العضوية على نطاق واسع بسبب استخدامها المحتمل في تخزين الغاز3 والفصل4 ، والطب الحيوي5 ، والحفز6. وتتألف الغالبية العظمى من الأطر الفلزية العضوية المبلغ عنها من عقد معدنية عالية الأكسدة وروابط مانحة صلبة أنيونية، مثل الكربوكسيلات2. ومع ذلك ، فإن العديد من المحفزات المتجانسة تستخدم معادن لينة منخفضة التكافؤ مع روابط مانحة ناعمة ، مثل الفوسفين7. ولذلك، فإن توسيع نطاق الأطر الفلزية العضوية التي تحتوي على معادن منخفضة التكافؤ يمكن أن يزيد من نطاق التحولات التحفيزية التي يمكن تطبيق الأطر الفلزية العضوية عليها.
إن الاستراتيجيات الموضوعة لدمج المعادن منخفضة التكافؤ في الأطر الفلزية العضوية باستخدام مواقع مانحة لينة مدمجة محدودة النطاق وتقلل من حجم المسام الحرة لهيكل الأطر الفلزية العضويةالأم 6،8،9،10. النهج البديل هو استخدام المعادن منخفضة التكافؤ مباشرة كعقد أو وحدات SBU بالاشتراك مع روابط مانحة لينة متعددة الموضوعات كروابط لبناء MOF. لا توفر هذه الإستراتيجية تحميلا عاليا للمواقع المعدنية منخفضة التكافؤ في الأطر الفلزية العضوية فحسب ، بل قد تقلل أيضا أو تمنع ترشيح المعادن في المحلول نتيجة لاستقرار هيكل الإطار11. على سبيل المثال ، استخدم فيغيروا وزملاؤه روابط أيزوسيانيد متعددة الموضوعات كروابط مانحة ناعمة و Cu (I) 12 أو Ni (0) 13 كعقد معدنية منخفضة التكافؤ لإنتاج أطر عضوية عضوية ثنائية وثلاثية الأبعاد. وبالمثل ، قام بيدرسون وزملاؤه بتصنيع الأطر الفلزية العضوية التي تحتوي على عقد معدنية صفرية التكافؤ من المجموعة 6 باستخدام البيرازين كرابط14. وفي الآونة الأخيرة، أبلغ مختبرنا عن روابط الفوسفين الرباعية كروابط لبناء الأطر الفلزية العضوية التي تحتوي على عقد Pd(0) أو Pt(0) (الشكل 1)15. هذه الأطر الفلزية العضوية مثيرة للاهتمام بشكل خاص بسبب انتشار المجمعات المعدنية منخفضة التكافؤ المرتبطة بالفوسفين في الحفزالمتجانس 7. ومع ذلك ، فإن الأطر الفلزية العضوية منخفضة التكافؤ (LVMOFs) كفئة عامة من المواد غير مستكشفة نسبيا في أدبيات الأطر الفلزية العضوية ولكنها واعدة جدا للتطبيقات في التحفيز غير المتجانس للتفاعلات مثل اقتران الأزيد-ألكاين 16 ، اقتران سوزوكي - مياورا 17،18 ، الهدرجة17 ، وغيرها 11.
الشكل 1: تخليق LVMOFs باستخدام روابط الفوسفين. أبلغ Sikma and Cohen15 عن تخليق LVMOFs ثلاثية الأبعاد ، E1-M ، باستخدام روابط الفوسفين الرباعية ، E1 ، كروابط ، Pd (0) و Pt (0) كعقد ، وثلاثي فينيل فوسفين كمغير. يمكن أن تكون الذرة المركزية ، E ، Si أو Sn. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
في حين أن الاختلافات في طبيعة الروابط والعقد الخاصة ب LVMOFs قد تمنحها خصائص فريدة مقارنة بمواد MOF التقليدية ، فإن هذه الاختلافات تقدم أيضا تحديات تركيبية. على سبيل المثال ، يمكن استخدام العديد من السلائف المعدنية والروابط التي يشيع استخدامها في أدبيات MOF في الهواء2. في المقابل ، يتطلب التوليف الناجح ل LVMOFs القائمة على الفوسفين استبعاد كل من الهواء والماء15. وبالمثل ، فإن أنواع المعدلات المستخدمة لتعزيز التبلور والمذيبات المستخدمة في تخليق LVMOFs القائمة على الفوسفين غير عادية مقارنة بتلك المستخدمة في معظم أدبيات MOF15. نتيجة لذلك ، يتطلب تخليق هذه المواد معدات وتقنيات تجريبية قد يكون حتى الكيميائيون ذوو الخبرة في مجالات الزراعة العضوية أقل دراية بها. لذلك ، في محاولة لتقليل تأثير هذه العقبات ، يتم توفير طريقة خطوة بخطوة لتوليف هذه الفئة الجديدة من المواد هنا. يغطي البروتوكول المبين هنا جميع جوانب تخليق LVMOFs القائمة على الفوسفين ، بما في ذلك الإجراء التجريبي الشامل ، والتقنيات الخالية من الهواء ، والمعدات المطلوبة ، والتخزين والمناولة المناسبين ل LVMOFs ، وطرق التوصيف. كما تتم مناقشة اختيار السلائف المعدنية والمغير والمذيب. إن تمكين دخول باحثين جدد إلى هذا المجال سيساعد على تسريع اكتشاف LVMOFs الجديدة والمواد ذات الصلة للتطبيقات في الحفز.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. إعداد خط شلينك
- تأكد من إغلاق جميع الصنابير ، ثم قم بتأمين المصيدة الباردة بخط Schlenk باستخدام حلقة O (تم استخدام الحجم 229 في إعدادنا ، على الرغم من أن الحجم قد يختلف اعتمادا على خط Schlenk المحدد المستخدم) ، والمشبك.
- قم بتشغيل مضخة التفريغ (صابورة الغاز مغلقة) ، ثم افتح صنابير خط Schlenk بحيث يكون الجهاز بأكمله مفتوحا للفراغ.
ملاحظة: لا تفتح أي صنابير على الخراطيم أو أي صنابير أخرى مفتوحة للهواء ؛ يجب أن يكون الجهاز نظاما مغلقا تحت فراغ ديناميكي. - انتظر 5 دقائق على الأقل بينما يتم إخلاء جو خط شلينك.
ملاحظة: قد يتم تزويد بعض خطوط Schlenk بمقياس ضغط لتحديد أقل ضغط يصل إليه الجهاز تحت فراغ ديناميكي. إذا تم الوصول إلى هذا الضغط قبل مرور 5 دقائق ، فانتقل إلى الخطوة التالية. - قم بتبريد المصيدة الباردة لخط Schlenk عن طريق وضع قارورة ديوار مملوءة بالنيتروجين السائل حولها. استخدم منشفة لتغطية الجزء العلوي من قارورة ديوار وإبطاء تبخر النيتروجين السائل أثناء التجربة.
تنبيه: يمكن أن يتسبب ملامسة النيتروجين السائل في أضرار جسيمة للجلد والعينين ويجب التعامل معه فقط من قبل أولئك المدربين على استخدامه بأمان. ارتداء حماية الجلد والعينين.
ملاحظة: في كثير من الأحيان ، يكون من الأسهل والأكثر أمانا وضع قارورة ديوار الفارغة أولا حول المصيدة الباردة ثم استخدام ديوار ثان لملء قارورة ديوار المصيدة بالنيتروجين السائل. - افتح الفقاعة لتدفق الضوء (حوالي 3 فقاعات / ثانية) من الغاز الخامل (N 2 (g) أو Ar(g)).
2. قياس الكواشف الصلبة
- إضافة تيتراكيس (ثلاثي فينيل فوسفين) البلاديوم (0) ومعدل ثلاثي فينيل فوسفين في دورق التفاعل.
- لف قطعة من ورق الوزن في مخروط لاستخدامها كقمع إضافة صلب ، وضعها في فتحة الصنبور في الدورق سعة 10 مل. تأكد من إدخال الجزء السفلي من المخروط بعيدا بما يكفي بحيث يمتد إلى ما بعد ملحق الخرطوم.
ملاحظة: يعد استخدام أنبوب الرنين المغناطيسي النووي الفارغ أو جسم أنبوبي صغير مماثل للف ورق الوزن مفيدا للوصول إلى القطر الصغير المطلوب لاحتواء فتحة الصنبور. - قم بوزن رباعي (ثلاثي فينيل فوسفين) البلاديوم (0) (0.084 جم ، 0.073 مليمول ، 1 مكافئ) بالاختلافات في دورق 10 مل.
تنبيه: تيتراكيس(ثلاثي فينيل فوسفين) البلاديوم (0) ضار بالجسم ، خاصة إذا تم ابتلاعه ، وقد يشتعل إذا تم تشتيته بدقة في الهواء. تجنب تكون الغبار وجميع أشكال الاتصال ، وارتداء معدات الحماية الشخصية.
ملاحظة: يمكن النقر على القارورة ومخروط ورق الوزن برفق لضمان نقل كل المادة الصلبة إلى قاع القارورة. - كرر الخطوة 2.1.2 مع ثلاثي فينيل فوسفين (1.23 جم، 4.67 ملليمول، 64 مكافئ).
تنبيه: ثلاثي فينيل الفوسفين ضار بالجسم والجهاز العصبي المركزي. تجنب جميع أشكال الاتصال ، وارتداء معدات الحماية الشخصية ، بما في ذلك القفازات المقاومة للمواد الكيميائية. - تخلص من مخروط ورق الوزن، وقم بربط صنبور البولي (رباعي فلورو إيثيلين) (PTFE) على دورق سعة 10 مل.
- لف قطعة من ورق الوزن في مخروط لاستخدامها كقمع إضافة صلب ، وضعها في فتحة الصنبور في الدورق سعة 10 مل. تأكد من إدخال الجزء السفلي من المخروط بعيدا بما يكفي بحيث يمتد إلى ما بعد ملحق الخرطوم.
- قم بقياس رابط الفوسفين رباعي الأتوبا في دورق منفصل سعة 10 مل.
- كرر الخطوة 2.1.1 باستخدام دورق ثان سعة 10 مل.
- باستخدام الدورق الثاني سعة 10 مل ، كرر الخطوة 2.1.2 باستخدام رابط الفوسفين رباعي الفوسفات Sn1 (0.085 جم ، 0.073 مليمول ، 1 مكافئ).
تنبيه: الخصائص الخطرة ل Sn1 غير معروفة. نظرا لأنه مركب Sn (IV) وفوسفين ثلاثي ، افترض أنه شديد السمية ، وتجنب جميع أشكال الاتصال. ارتداء معدات الحماية الشخصية ، بما في ذلك القفازات المقاومة للمواد الكيميائية. - كرر الخطوة 2.1.4 مع الدورق الثاني سعة 10 مل.
3. وضع الكواشف تحت جو خامل
- قم بتوصيل خرطوم (أنبوب تفريغ مطاطي أسود ، 3/16 بوصة قطر داخلي × 3/16 بوصة في الجدار) من خط Schlenk إلى كل من قوارير سعة 10 مل.
- افتح صنبور PTFE بما يكفي بحيث يكون الوعاء مفتوحا للخرطوم.
ملاحظة: إذا كان الصنبور مفتوحا على مصراعيه جدا، فقد يتم سحب المواد الصلبة إلى الخرطوم أثناء الإخلاء. - افتح كلا الدورقين سعة 10 مل على الفراغ. انتظر لمدة 5 دقائق.
- أغلق الصنبور على كل قارورة سعة 10 مل ، ثم أغلق كل خرطوم بالمكنسة الكهربائية. قم بتبديل الخراطيم إلى الغاز الخامل ، ثم افتح الصنبور ببطء على كل قارورة سعة 10 مل للردم بالغاز الخامل.
ملاحظة: عند التبديل من الفراغ إلى الغاز الخامل ، تأكد من أن تدفق الفقاعات للغاز الخامل مرتفع بما يكفي لمنع سحب الزيت إلى خط شلينك ولكنه منخفض بما يكفي لعدم إزعاج المواد الصلبة في القارورة. لا تفتح النظام أبدا لتفريغ الغاز الخامل في نفس الوقت. - كرر الخطوات 3.3-3.4 مرتين أخريين لما مجموعه ثلاث دورات.
4. إضافة مذيب إلى الكواشف تحت جو خامل
- تحت ضغط إيجابي من الغاز الخامل يكفي لمنع الهواء من دخول القارورة ، قم بإزالة صنبور PTFE ، واستبدله بحاجز لكل قارورة سعة 10 مل.
- أضف التولوين وكلوريد الميثيلين إلى خليط البلاديوم والفوسفين.
- استخدم حقنة وإبرة لنقل 1.5 مل من التولوين الجاف وغير المؤكسج إلى القارورة التي تحتوي على رباعي (ثلاثي فينيل فوسفين) البلاديوم (0) وثلاثي فينيل فوسفين.
تنبيه: التولوين سام وقابل للاشتعال. تجنب جميع أشكال الاتصال ، وابتعد عن مصادر الحرارة ، واعمل في غطاء الدخان ، وارتد معدات الحماية الشخصية.
ملاحظة: يمكن تجفيف المذيبات عن طريق تمريرها عبر عمود من الألومنيوم المنشط تحت غاز خامل ونزع الأكسجين عن طريق رشها بغاز خامل لمدة 30 دقيقة. تأكد من تطهير المحقنة والإبرة بالغاز الخامل ثلاث مرات قبل سحب المحلول. - كرر الخطوة 4.2.1 مع 1.5 mL من كلوريد الميثيلين الجاف وغير المؤكسج.
تنبيه: كلوريد الميثيلين سام ومسرطن. تجنب جميع أشكال الاتصال ، واعمل في غطاء دخان ، وارتد معدات الحماية الشخصية. - قم بتدوير القارورة حتى تذوب جميع المواد الصلبة (حوالي 30 ثانية).
- استخدم حقنة وإبرة لنقل 1.5 مل من التولوين الجاف وغير المؤكسج إلى القارورة التي تحتوي على رباعي (ثلاثي فينيل فوسفين) البلاديوم (0) وثلاثي فينيل فوسفين.
- أضف كلوريد الميثيلين إلى رابط الفوسفين رباعي المواضيع.
- استخدم حقنة وإبرة لنقل 3.0 mL من التولوين الجاف وغير المؤكسج إلى الدورق الذي يحتوي على رابط الفوسفين الرباعي Sn1.
- قم بتدوير القارورة حتى تذوب كل المادة الصلبة (حوالي 30 ثانية).
5. إضافة الرابط إلى خليط البلاديوم والفوسفين
- استخدم حقنة وإبرة لنقل محلول رابط Sn1 بالكامل إلى القارورة التي تحتوي على رباعي (ثلاثي فينيل فوسفين) البلاديوم (0) وثلاثي فينيل فوسفين.
- قم بتدوير المحلول لمدة 30 ثانية لخلطه جيدا ، ثم استبدل الحاجز بصنبور PTFE تحت ضغط إيجابي من الغاز الخامل يكفي لمنع الهواء من دخول القارورة ، وأغلق القارورة.
- Sonicate (40 كيلو هرتز) محلول التفاعل لمدة 30 ثانية إضافية.
6. تسخين التفاعل
- ضع القارورة محكمة الغلق في حمام زيت مسخن مسبقا على حرارة 60 درجة مئوية ، واتركها لمدة 24 ساعة دون تحريكها.
7. عزل منتج الأطر الفلزية العضوية
- أخرج القارورة من حمام الزيت واتركها لتبرد إلى درجة حرارة الغرفة.
تنبيه: عند التعامل مع الأواني الزجاجية الساخنة و / أو الأسطح ، تأكد من ارتداء قفازات مقاومة للحرارة. - قم بإعداد جهاز ترشيح فراغي باستخدام قمع Buchner صغير وورق ترشيح (حجم مسام 8 ميكرومتر).
- قم بإزالة صنبور PTFE من القارورة ، ثم استخدم ماصة لنقل الحجم الكلي للتعليق إلى الفلتر.
ملاحظة: يمكن أن يساعد التدفق الخفيف للغاز الخامل فوق الجزء العلوي من المرشح في تجنب تحلل منتج الأطر العضوية العضوية الحساسة للأكسجين. - اشطف المادة الصلبة ب 2 مل من محلول كلوريد الميثيلين / التولوين غير المؤكسج 3: 1. كرر هذه الخطوة مرتين أخريين ، واترك المادة الصلبة تجف على ورق الترشيح لمدة 3 دقائق.
- اكشط المادة الصلبة في قنينة موزونة مسبقا ، ثم قم بوزن القارورة للحصول على عائد Sn1-Pd.
ملاحظة: قم بتخزين مادة LVMOF تحت غاز خامل أو فراغ ديناميكي لتجنب التحلل في وجود الأكسجين في الهواء.
8. توصيف منتج MOF بواسطة مسحوق حيود الأشعة السينية (PXRD)
- انقل ما يقرب من 20-30 مجم من المادة الصلبة البلورية إلى حامل عينة PXRD السيليكون.
ملاحظة: في حين أن Sn1-Pd مستقر بدرجة كافية في الهواء لتوصيف PXRD ، يمكن نقل المزيد من مواد LVMOF الحساسة للهواء إلى صندوق قفازات جو خامل وتحميلها في حامل عينة PXRD شعري قابل للغلق. - ضع حامل العينة في مقياس حيود ، وأغلق باب الجهاز.
- اجمع نمط PXRD من 4 إلى 40 2θ (سرعة المسح 0.5 ثانية / خطوة ، حجم الخطوة 0.0204 درجة 2θ) ، وقارن البيانات بنمط المسحوق المحاكي ل Sn1-Pd.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
ينتج التوليف الناجح ل Sn1-Pd مادة صلبة بلورية صفراء زاهية. منتجات Pd (0) MOF التي تستخدم روابط فوسفين رباعية مماثلة صفراء أيضا. الطريقة الأكثر فعالية لتحديد ما إذا كان التفاعل ناجحا هي جمع نمط PXRD وتقييم تبلور العينة. على سبيل المثال ، يوضح الشكل 2 نمط PXRD للبلوري Sn1-Pd. السمات الرئيسية للتحقق من أن العينة بلورية هي أن قمم الانعكاس حادة نسبيا وخط الأساس مسطح. غالبا ما يكون توسيع الذروة مؤشرا على وجود مادة غير متبلورة. للتوضيح ، يوضح الشكل 3 نمط PXRD لعينة من Sn1-Pd حيث لم يتم استخدام معدل ثلاثي فينيل فوسفين في الإجراء التركيبي. في هذه الحالة ، كانت إشارات الانعكاس التشخيصية واسعة بشكل ملحوظ مقارنة بالعينة البكر التي تم استخدام 64 مكافئا لها من مغير ثلاثي فينيل فوسفين في التوليف. ويلاحظ هذا التأثير الواسع أيضا عند التحلل في وجود الأكسجين ، خاصة بعد أكثر من 72 ساعة من التعرض لظروف الهواء المحيط. لذلك ، من الأهمية بمكان أن يتم تخزين العينات تحت غاز خامل أو تحت فراغ ديناميكي لمنع تحلل وتدهور التبلور. إذا كان الهيكل البلوري لمنتج LVMOF المطلوب أو بنية مماثلة معروفا ، فيمكن إنشاء نمط PXRD محاكي للمقارنة مع نمط المسحوق التجريبي. إذا تطابق نمطا PXRD جيدا ، فيجب أن تكون جودة عينة LVMOF مرضية (الشكل 2). وتجدر الإشارة إلى أنه على الرغم من أن نمط LVMOF PXRD التجريبي قد لا يتطابق تماما مع نمط PXRD المحاكي ل LVMOOF مماثل. ومع ذلك ، إذا تم الحفاظ على أبرز الانعكاسات بزاوية منخفضة ، فإن هذا يوفر دليلا قويا على أن LVMOF المركب حديثا متساوي البنية مع LVMOF الذي تم إنشاء نمط PXRD المحاكي منه.
الشكل 2: نمط PXRD من Sn1-Pd البكر. يظهر نمط PXRD الذي تم الحصول عليه لعينة أصلية من Sn1-Pd باللون الأزرق. تم تحضير هذه العينة باستخدام 64 مكافئا من معدل ثلاثي فينيل فوسفين لتحقيق مادة بلورية. أسفل نمط PXRD التجريبي باللون الأسود يوجد نمط PXRD المحاكي ل Si1-Pd الذي تم الحصول عليه من البنية البلورية15. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 3: نمط PXRD من Sn1-Pd غير المتبلور. يظهر نمط PXRD الذي تم الحصول عليه لعينة غير متبلورة من Sn1-Pd . تم تحضير هذه العينة بدون أي معدل ثلاثي فينيل فوسفين ، مما ينتج عنه مادة غير متبلورة أو ضعيفة البلورية. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
هناك العديد من الخطوات الحاسمة في البروتوكول التي يجب اتباعها من أجل تحقيق منتج LVMOF المطلوب القائم على الفوسفين مع تبلور كاف. الأول هو أن السلائف المعدنية وخليط المغير (في هذه الحالة ، يجب إذابة رباعي (ثلاثي فينيل فوسفين) البلاديوم (0) وثلاثي فينيل فوسفين ، على التوالي) بشكل مستقل عن رابط الفوسفين متعدد الموضوعات (في هذه الحالة ، Sn1). هذا لتجنب التكوين السريع الذي لا رجعة فيه لبوليمرات التنسيق غير المتبلورة ، والذي يحدث عندما يكون التركيز الفعال للمغير بالنسبة إلى الرابط منخفضا جدا أو لا يوجد معدل موجود على الإطلاق15. وفي سياق متصل، يجب إذابة جميع الكواشف تماما ومتجانسة قبل الخلط بحيث يتطابق التركيز الفعال للكواشف بالنسبة لبعضها البعض مع القياس المتكافئ للتفاعل. خطوة رئيسية أخرى هي التأكد من عدم وجود أكسجين داخل دورق التفاعل (أو المذيب) قبل خلط وتسخين الكواشف. ليس فقط السلائف Pd (0) حساسة للأكسجين ، ولكن معدل الفوسفين ورابط الفوسفين كلاهما عرضة للأكسدة إلى أكسيد الفوسفين المقابل في وجود الأكسجين ، خاصة عند تسخينه. سيؤثر أي من أحداث التحلل هذه سلبا على إنتاجية و / أو تبلور منتج LVMOFالمطلوب 15. وبالمثل ، يجب إجراء الترشيح لعزل منتج MOF بسرعة من أجل الحد من التعرض ل O2 .
إذا تم اتباع جميع الخطوات وتم الحصول على نتيجة سلبية (لم يلاحظ أي راسب أو أن المادة الصلبة المشكلة غير متبلورة) ، فقد يتم تعديل العديد من المعلمات. قد يؤدي عدد قليل جدا من مكافئات المغير إلى مادة بلورية سيئة ، ولكن الكثير من المكافئات قد تمنع تكوين الأطر الفلزية العضوية تماما. وبالتالي ، يمكن تغيير مكافئات المغير لتحسين العائد والتبلور. ومن الاعتبارات الهامة الأخرى إقران السلائف المعدنية وهويات المذيبات و/أو النسب التي تنتج محلولا متجانسا قبل التفاعل مع الرابط يمكن أن تكون تأثيرات تغيير المعلمات الأخرى أقل بديهية ، ولكن درجة حرارة التفاعل والتركيز ومقياس التفاعل والقياس الكيميائي للمعدن والرابط يمكن أن تؤثر جميعها على العائد والتبلور أيضا. يمثل هذا قيدا على الطريقة الحالية ، حيث أن الانحرافات في هوية أي من الكواشف من أجل استهداف مادة جديدة غالبا ما تتطلب إعادة تحسين جميع المعلمات المذكورة أعلاه15. ومع ذلك ، فإن الطبيعة التجريبية لتوليفها هي سمة مشتركة بين الأطر الفلزية العضوية بشكل عام19.
على الرغم من محدوديتها ، فإن هذه الطريقة مهمة حيث لا توجد حاليا طريقة أخرى معروفة لتجميع LVMOFs البلورية ثلاثية الأبعاد باستخدام روابط الفوسفين متعددة الموضوعات15. في الواقع ، هدفنا هو أن مختبرنا وغيره يمكن أن يستخدم هذه الطريقة كنقطة انطلاق لتوجيه استكشاف هذه الفئة النادرة من المواد والوصول إلى LVMOFs ذات الطوبولوجيا المتنوعة والعقد المعدنية المتنوعة منخفضة التكافؤ. سيساعد هذا مجتمعات MOF والحفز والكيمياء غير العضوية والعضوية المعدنية في تطوير مواد جديدة مع تطبيقات في التحفيز غير المتجانس.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.
Acknowledgments
تم دعم هذا العمل بمنحة من المؤسسة الوطنية للعلوم ، قسم الكيمياء ، بموجب الجائزة رقم CHE-2153240.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 2800 Ultrasonic Cleaner, 3/4 Gallon, 40 kHz | Branson | CPX2800H | Used for sonicating |
| Argon, Ultra High Purity | Matheson | G1901101 | Used as inert gas source |
| D8 ADVANCE Powder X-Ray Diffractometer | Bruker | Used to collect PXRD patterns | |
| Dewar Flask | Chemglass Life Sciences | CG159303 | Dewar used for liquid nitrogen |
| Flask, High Vacuum Valve, Capacity (mL) 10, Valve Size 0-4 mm | Synthware Glass | F490010 | Reaction vessel referred to as "10 mL flask" |
| Grade 2 Qualitative Filter Paper, Standard, 42.5 mm circle | Whatman | 1002-042 | Used for product isolation |
| Methylene Chloride (HPLC) | Fisher Scientific | MFCD00000881 | Dried and deoxygenated prior to use |
| Sn1 (tetratopic phosphine linker) | Prepared according to literature procedure (ref. 15) | ||
| SuperNuova+ Stirring Hotplate | Thermo Fisher Scientific | SP88850190 | Used to heat oil bath |
| Tetrakis(triphenylphosphine) palladium(0), 99% (99.9+%-Pd) | Strem Chemicals | 46-2150 | Commercial Pd(0) source |
| Toluene (HPLC) | Fisher Scientific | MFCD00008512 | Dried and deoxygenated prior to use |
| Triphenylphosphine, ≥95.0% (GC) | Sigma-Aldrich | 93092 | Used as a modulator |
| Weighing Paper | Fisher Scientific | 09-898-12B | Used for solid addition |
References
- Zhou, H. -C., Long, J. R., Yaghi, O. M.
- Furukawa, H., Cordova, K. E., O'Keefe, M., Yaghi, O. M. The chemistry and applications of metal-organic frameworks. Science. 341 (6149), 1230444 (2013).
- Li, J., Bhatt, P. M., Li, J., Eddaoudi, M., Liu, Y. Recent progress on microfine design of metal-organic frameworks: Structure regulation and gas sorption and separation. Advanced Materials. 32 (44), 2002563 (2020).
- Lin, R. -B., Xiang, S., Zhou, W., Chen, B. Microporous metal-organic framework materials for gas separation. Chem. 6 (2), 337363 (2020).
- Mendes, R. F., Figueira, F., Leite, J. P., Gales, L., Almeida Paz, F. A. Metal-organic frameworks: a future toolbox for biomedicine. Chemical Society Reviews. 49 (24), 91219153 (2020).
- Wei, Y. -S., Zhang, M., Zou, R., Xu, Q. Metal-organic framework-based catalysts with single metal sites. Chemical Reviews. 120 (21), 1208912174 (2020).
- Cornils, B., Herrmann, W. A., Beller, M., Paciello, R. Applied Homogeneous Catalysis with Organometallic Compounds: A Comprehensive Handbook in Four Volumes. , Wiley VCH. Weinheim, Germany. (2017).
- Young, R. J., et al. Isolating reactive metal-based species in metal-organic frameworks - Viable strategies and opportunities. Chemical Science. 11 (16), 40314050 (2020).
- Drake, T., Ji, P., Lin, W. Site isolation in metal-organic frameworks enables novel transition metal catalysis. Accounts of Chemical Research. 51 (9), 21292138 (2018).
- Dunning, S. G., et al. A metal-organic framework with cooperative phosphines that permit post-synthetic installation of open metal sites. Angewandte Chemie - International Edition. 57 (30), 92959299 (2018).
- Sikma, R. E., Balto, K. P., Figueroa, J. S., Cohen, S. M. Metal-organic frameworks with low-valent metal nodes. Angewandte Chemie - International Edition. 61 (33), e202206353 (2022).
- Agnew, D. W., Gembicky, M., Moore, C. E., Rheingold, A. L., Figueroa, J. S. Robust, transformable, and crystalline single-node organometallic networks constructed from ditopic m-terphenyl isocyanides. Journal of the American Chemical Society. 138 (46), 1513815141 (2016).
- Agnew, D. W., et al. Crystalline coordination networks of zero-valent metal centers: Formation of a 3-dimensional Ni(0) framework with m-Terphenyl diisocyanides. Journal of the American Chemical Society. 139 (48), 1725717260 (2017).
- Voigt, L., Wugt Larsen, R., Kubus, M., Pedersen, K. S. Zero-valent metals in metal-organic frameworks: fac-M(CO)(3)(pyrazine)(3/2). Chemical Communications. 57 (3), 3861 (2021).
- Sikma, R. E., Cohen, S. M. Metal-organic frameworks with zero and low-valent metal nodes connected by tetratopic phosphine ligands. Angewandte Chemie - International Edition. 61 (11), e202115454 (2022).
- Xu, Z., Han, L. L., Zhuang, G. L., Bai, J., Sun, D. In situ construction of three anion-dependent cu(i) coordination networks as promising heterogeneous catalysts for azide-alkyne "click" reactions. Inorganic Chemistry. 54 (10), 47374743 (2015).
- Llabresixamena, F., Abad, A., Corma, A., Garcia, H. MOFs as catalysts: Activity, reusability and shape-selectivity of a Pd-containing MOF. Journal of Catalysis. 250 (2), 294298 (2007).
- Dong, Y., et al. A palladium-carbon-connected organometallic framework and its catalytic application. Chemical Communications. 55 (96), 14414 (2019).
- Moosavi, S. M., et al. Capturing chemical intuition in synthesis of metal-organic frameworks. Nature Communications. 10 (1), 17 (2019).
