החלפת ליגנדים פוסט-סינתטיים (PSE) היא כלי רב-תכליתי ורב-עוצמה להתקנת קבוצות פונקציונליות במסגרות מתכת-אורגניות (MOFs). חשיפת MOFs לתמיסות המכילות ליגנדות טריאזול וטטרזולים יכולה לשלב את המויאטים ההטרוציקליים הללו ב-Zr-MOFs באמצעות תהליכי PSE.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
סינתזה של מסגרות מתכתיות-אורגניות מבוססות Zr מבוססות טריאזול וטטרזול באמצעות חילופי ליגנדים פוסט-סינתטיים
* These authors contributed equally
במאמר זה
סיכום
תקציר
מסגרות מתכת-אורגניות (MOFs) הן קבוצה של חומרים נקבוביים הנוצרים באמצעות קשרי תיאום בין צבירי מתכת וליגנדות אורגניות. בהתחשב באופי הקואורדינטיבי שלהם, ניתן להסיר בקלות את הליגנדות האורגניות ואת מסגרת הסטרוט מה-MOF ו/או להחליף אותן עם מולקולות קואורדינטיביות אחרות. על ידי החדרת ליגנדות מטרה לפתרונות המכילים MOF, ניתן להשיג MOFs פונקציונליים עם תגים כימיים חדשים באמצעות תהליך שנקרא חילופי ליגנדים פוסט-סינתטיים (PSE). PSE היא גישה פשוטה ומעשית המאפשרת הכנת מגוון רחב של MOFs עם תגים כימיים חדשים באמצעות תהליך שיווי משקל של תמיסה מוצקה. יתר על כן, PSE יכול להתבצע בטמפרטורת החדר, המאפשר שילוב של ליגנדים לא יציבים תרמית לתוך MOFs. בעבודה זו, אנו מדגימים את המעשיות של PSE באמצעות ליגנדות הטרוציקליות המכילות טריאזול וטטרזול כדי לתפקד MOF מבוסס Zr (UiO-66; UiO = אוניברסיטת אוסלו). לאחר העיכול, MOFs פונקציונליים מאופיינים באמצעות טכניקות שונות, כולל עקיפה רנטגן אבקה ספקטרוסקופיה תהודה מגנטית גרעינית.
מבוא
מסגרות מתכתיות-אורגניות (MOFs) הן חומרים נקבוביים תלת-ממדיים הנוצרים באמצעות קשרי תיאום בין צבירי מתכת וליגנדות אורגניות רב-נושאיות. MOFs זכו לתשומת לב רבה בשל נקבוביות קבועות, צפיפות נמוכה ויכולת לקשר רכיבים אורגניים ואי-אורגניים, המאפשרת יישומים מגוונים 1,2. יתר על כן, המגוון העצום של צמתי מתכת ומקשרים אורגניים strut מציעים MOFs באופן תיאורטי שילובים מבניים בלתי מוגבלים. אפילו עם מבני מסגרת זהים, ניתן לשנות את התכונות הפיזיקליות והכימיות של MOFs באמצעות פונקציונליות ליגנד עם תגים כימיים. תהליך שינוי זה מציע מסלול מבטיח להתאמת המאפיינים של MOFs ליישומים ספציפיים 3,4,5,6,7,8,9.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
פרוטוקול
הריאגנטים הדרושים להכנת MOFs והליגנדות מפורטים בטבלת החומרים.
1. הגדרת תהליך החלפת ליגנדים פוסט-סינתטי (PSE)
- יבשו לחלוטין את ה-UiO-66 MOFs המסונתזים מראש תחת ואקום כדי להסיר מלחי מתכת וליגנדות שלא הגיבו בנקבוביות, ושאריות ממס שנותרו למשך הלילה.
הערה: ראה קובץ משלים 1 עבור הליך הסינתזה של UiO-66 MOFs. - הכינו ליגנדות מתפקדות, H 2BDC-Triazole ו-H2BDC-Tetrazole (ראו קובץ משלים 1 לתהליך ההכנה; איור משלים 1 ואיור משלים 2 לאפיון) במצב מבודד ויבש לחלוטין תחת ואקום למשך הלילה.
- הכינו תמיסה מימית ש....
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
תוצאות
הסינתזה המוצלחת של UiO-66 MOFs, UiO-66-Triazole ו-UiO-66-Tetrazole יצרה מוצקים מיקרוקריסטלינים חסרי צבע. גם ליגנדות H 2 BDC-Triazole וגם H2BDC-Tetrazole הציגו מצב מוצק חסר צבע. השיטה הסטנדרטית ששימשה לקביעת הצלחת ההחלפה כללה מדידת תבניות PXRD והשוואת גבישיות הדגימה עם UiO-66 MOF טהור. איור 2 מציג את תבניות PXRD של UiO-66-Triazole ו-UiO-66-Tetrazole שהוחלפו, יחד עם UiO-66 טהור ונתונים מדומים. תבנית PXRD המדומה נוצרה מהמבנה הגבישי המדווח של MOFs המטרה. מאחר שחילופי ליגנדי.......
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
דיון
תהליך PSE עם ליגנדות BDC מתפקדות לקראת UiO-66 MOFs מבוססי Zr הוא שיטה פשוטה ורב-תכליתית להשגת MOFs עם תגים כימיים. תהליך PSE מתבצע בצורה הטובה ביותר במדיה מימית, הדורשת את השלב הראשוני של המסת הליגנד בתווך מימי. בעת שימוש ב- BDC מסונתז מראש עם קבוצות פונקציונליות, מומלץ להמיס ישירות בממס בסיסי, כגון תמיסה מימית 4% KOH. לחלופין, ניתן להשתמש במלח נתרן או אשלגן של בנזן-1,4-דיקרבוקסילט. נטרול ל-pH 7 הוא קריטי עבור תהליכי PSE המשתמשים ב-BDC פונקציונלי, שכן יציבות נמוכה של MOFs בתנאים בסיסיים עלולה לגרום ליעילות מופחתת. HCl מו.......
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
גילויים
למחברים אין מה לחשוף.
תודות
מחקר זה נתמך על ידי תוכנית המחקר המדעי הבסיסי באמצעות קרן המחקר הלאומית של קוריאה (NRF) במימון משרד המדע והתקשוב (NRF-2022R1A2C1009706).
....הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
חומרים
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| מגיב 2-חומצה ברומוטרפתלית | BLD פארם | BD5695 | למגיב BDC-טריאזול |
| אזידוטרימתילסילן | סימגה אולדריץ' | 155071 | למגיב BDC-טריאזול |
| ביס(טריפנילפוספין) פלדיום (II) דיכלוריד | מגיב TCI | B1667 | לריאגנטין BDC-טריאזול |
| נחושת (I) ציאניד | אלפא אייזר | 12135 | ל-BDC-טטראזול |
| נחושת (I) יודיד | Acros organics | 20150 | ריאגנט עבור BDC-Triazole |
| Digital Orbital Shaker | Daihan Scientific | SHO-1D | |
| PSE Formic Acid | Daejung כימי | F0195 | עבור BDC-Tetrazole |
| היברידי LC/Q-TOF מערכת | Bruker BioSciences | maXis 4G | HR-MS |
| ליתום הידרוקסיד מונוהידראט | Daejung כימי | מגיב 5087-4405 | עבור BDC-Triazole |
| מגנזיום סולפט | Samchun כימי | M1807 | מגיב עבור BDC-Triazole |
| מתיל אלכוהול | Daejung כימי | M0584 | ריאגנט עבור BDC-Tetrazole |
| N, N-Dimethylformamide | Daejung כימי | D0552 | מגיב עבור BDC-Tetrazole |
| ספקטרומטר תהודה מגנטית גרעינית-500 MHz | Bruker | AVANCE 500MHz | כובע |
| פוליפרופילן NMR (22 מ"מ, מצופה נייר כסף עם גב שעם) | Sungho Korea | 22-200 | חומר לעיכול |
| מגיב אשלגן ציאניד | Alfa-Aesar | L13273 | למסנן BDC-Tetrazole |
| PVDF Synringe (13 מ"מ, 0.45 & מיקרו; m) | LK Lab Korea | F14-61-363 | חומר לעיכול |
| בקבוקון נצנוץ (20 מ"ל, זכוכית בורוסיליקט) | Sungho Korea | 74504-20 | חומר לעיכול |
| נתרן אזיד | מגיב TCI | S0489 | למגיב BDC-Tetrazole |
| נתרן ביקרבונט | Samchun כימי | S0343 | עבור BDC-Triazole |
| Tetrabutylammonium fluoride (תמיסת THF 1 M) | Acros organics | 20195 | עבור BDC-Triazole |
| Triethylamine | מגיב TCI | T0424 | עבור BDC-Triazole |
| Triethylamine hydrochloride | כימיקל | Daejungריאגנט 8628-4405 | עבור BDC-טטראזול |
| טרימתילסיליל-אצטילן | מגיב אלפא Aesar | A12856 | עבור BDC-טריאזול |
| טריפנילפוספין | TCI | T0519 | ריאגנט עבור BDC-טריאזול |
| מערכת דיפרקטומטר קרני רנטגן | Rigaku | MiniFlex 600 | PXRD |
| זירקוניום (IV) כלוריד | Alfa-Aesar | 12104 | ריאגנט עבור BDC-טטראזול |
מקורות
- Zhou, H. -C., Long, J. R., Yaghi, O. M. Introduction to metal-organic frameworks. Chemical Reviews. 112 (2), 673-674 (2012).
- Furukawa, H., Cordova, K. E., O'Keefe, M., Yaghi, O. M. The chemistry and applications of metal-organic frameworks. Science. 341 (6149), 1230444(2013).
- Raza....
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הדפסות חוזרות והרשאות
