利用手性金属-有机框架（MOFs）开发非均相不对称催化剂

摘要

本文介绍了一种通过比较化学计量与催化羰基-烯反应来验证金属有机框架催化剂活性位点的方案，以确定反应发生在金属有机框架的内表面还是外表面。

摘要

在对映选择性催化反应体系中，通过金属有机框架（MOF）基催化剂的反应位点验证，孔径大小以及反应位点处手性环境的均一性对底物尺寸识别具有重要意义。因此，有必要建立一种用于验证MOF基催化剂反应位点的方法以研究这一问题。通过比较两种不同类型羰基-烯反应中底物尺寸与反应速率的关系，并结合两种不同的MOF材料，实现了基于孔径大小的底物尺寸识别。利用这些MOF催化剂，比较了两类反应（Zn介导的计量反应与Ti催化的羰基-烯反应）在两种不同介质中的反应性能。采用所提出的方法发现，整个MOF晶体均参与了反应，且在计量反应中，晶体内部孔道在实现手性控制方面发挥了重要作用。通过用于Zn介导计量反应体系的颗粒尺寸控制方法，证实了MOF催化剂手性环境的均一性。所提出的催化反应方案揭示，无论底物尺寸如何，反应主要发生在催化剂表面，从而明确了MOF基多相催化剂中的真实反应位点。该MOF催化剂反应位点的验证方法为设计和开发多相不对称MOF催化剂提供了多种重要考量。

引言

金属有机框架材料（MOFs）被认为是一种用于化学反应的有用非均相催化剂。已有大量文献报道了MOFs在对映选择性催化中的不同应用^{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,}

方案

1. 三种尺寸的(S)-KUMOF-1晶体的制备

注意：每一步均遵循先前报道的实验部分及补充信息^2,24,27。制备了三种不同尺寸的(S)-KUMOF-1：大尺寸(S)-KUMOF-1-(L)、中等尺寸(S)-KUMOF-1-(M)和小尺寸(S)-KUMOF-1-(S)，其粒径分别为>100 μm、>20 μm和<1 μm。当脱离溶剂环境时，(S)-KUMOF-1会解体。因此，在使用过程中晶体应始终保持湿润状态。

1. 小尺寸（S）-KUMOF-1-(S) 的合成
   1. 在10 mL反应釜中，将Cu(NO₃)₂ ∙ 3H₂O（0.2 mg，0.0008 mmol）和（S）-2,2'-二羟基-6,6'-二甲基-[1,1'-联苯]....

结果

由于烷氧基和羰基与金属的结合亲和力不同，使用Zn试剂的对映选择性羰基-ene反应为化学计量反应（图2）。因此，底物在反应位点处转化为产物并保留在原位。目标产物通过拆解晶体获得，具体步骤详见方案第4节。Zn/(S)-KUMOF-1催化的底物非均相对映选择性羰基-ene反应结果（表1）显示，最小的底物（1a）能够扩散进入晶体内部，并以高收率（92%）转化为产物，证明MOF的所有反应位点均可被利用。随着底物尺寸增大，收率和对映体过量（ee）均下降，表明较大底物难以进入MOF晶体内部的反应位点。最大的底物（1c）在此体系中未发生反应。这可能是由于反应通道被相应的反应产物阻塞所致（图3）。当底物尺寸相对于孔道尺寸足够小时，其他底物分子仍可穿透晶体。若底物尺寸过大，则首先在表面反应位点发生反应并直接堵塞通道入口，导致其他底物无法进一步进入（动画1.......

讨论

在合成(S)-KUMOF-1后，部分样品瓶中的晶体呈粉末状，不适合用于催化反应。因此，必须选择适合的(S)-KUMOF-1晶体。(S)-KUMOF-1的产率仅根据成功合成的样品瓶进行计算。当将(S)-KUMOF-1从溶剂中取出时，其结构会发生解体。因此，晶体应始终保持湿润状态。正因如此，对浸没在溶剂中的完整(S)-KUMOF-1晶体进行称重十分困难。在用于催化反应前，必须确定(S)-KUMOF-1的用量。通过大规模合成(S)-KUMOF-1并舍弃部分样品瓶中的晶体样品，得以进行产率的统计计算。产率是通过称量每瓶完全干燥的样品得出的。样品从所有合成得到的(S)-KUMOF-1中随机选取，并按样品瓶数量取平均值。该方法可统计确定每瓶.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
丙酮	Daejung	1009-4110
分析天平	Sartorius	CP224S
硝酸铜三水合物	Sigma Aldrich	61194
二氯甲烷	Daejung	3030-4465
二甲基锌	Acros	377241000
乙酸乙酯	Daejung	4016-4410
滤纸	Whatman	WF1-0900
甲醇	Daejung	5558-4410
微波合成仪	CEM		Discover SP
微波合成仪 10 mL 反应罐配件套装	CEM	909050
N,N-二乙基甲酰胺	TCI	D0506
N,N-二甲基苯胺	TCI	D0665
正己烷	Daejung	4081-4410
诺姆杰全塑料注射器 5 mL 鲁尔接头 100支/包	Normject	A5
巴斯德吸管 150 mm	Hilgenberg	HG.3150101
聚四氟乙烯生料带	KDY	TP-75
旋转蒸发仪	Eyela	243239
摇床	DAIHAN Scientific	DH.WSO04010
硅胶 60（230-400目）	Merck	109385
合成烘箱	Eyela	NDO-600ND
异丙醇钛	Sigma Aldrich	87560
小瓶（20 mL）	SamooKurex	SCV2660
小瓶（5 mL）	SamooKurex	SCV1545