פיתוח זרזים הטרוגנית אנאנטיוניקטיביים באמצעות מתכת כיאלית-אורגנית מסגרות (MOFs)

* These authors contributed equally
Chemistry

Your institution must subscribe to JoVE's Chemistry section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Summary

כאן, אנו מציגים פרוטוקול עבור אימות האתר הפעיל של מתכת-אורגני מסגרת זרזים על ידי השוואת stoichiometric והתגובות קטליטיים-ene קטליטי כדי לגלות אם התגובה מתרחשת על פני השטח הפנימי או החיצוני של מתכת-אורגני מסגרות.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations | Reprints and Permissions

Han, J., Kim, S., Lee, M. S., Kim, M., Jeong, N. Development of Heterogeneous Enantioselective Catalysts using Chiral Metal-Organic Frameworks (MOFs). J. Vis. Exp. (155), e60624, doi:10.3791/60624 (2020).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

האפליה גודל המצע על ידי גודל הנקבובית והומוגניות של סביבת המאצ באתרי התגובה הם בעיות חשובות באימות של אתר התגובה במסגרת מתכת אורגנית מסגרת (MOF)-מבוססי זרזים בתגובה קטליטית סלקטיבית מערכת. לכן, שיטה לאימות אתר התגובה של זרזים מבוססי MOF נחוצה כדי לחקור בעיה זו. האפליה גודל המצע על ידי גודל הנקבוביות הושגה על ידי השוואת גודל המצע לעומת שיעור התגובה בשני סוגים שונים של התגובות קרבונל-ene עם שני סוגים של MOFs. מזרזים MOF שימשו כדי להשוות את הביצועים של שני סוגי התגובה (Zn-תיווך stoichiometric ו-Ti-מיזרז-התגובות) בשני מדיה שונים. באמצעות השיטה המוצעת, זה נצפה כי גביש MOF כולו השתתפו בתגובה, ואת הפנים של נקבובית הגביש שיחק תפקיד חשוב במהלך הפעלת שליטה כאשר התגובה היה stoichiometric. הומוגניות של סביבת השיראאל של הזרזים של MOF הוקמה על ידי שיטת השליטה בגודל של חלקיק המשמש במערכת התגובה הסטושמטרית של Zn-בתיווך. הפרוטוקול שהוצע לתגובה הקטליטית חשף שהתגובה התרחשה בעיקר על משטח הזרז, ללא קשר לגודל המצע, החושף את אתרי התגובה הממשיים בזרזים הטרוגנית מבוססי MOF. שיטה זו לאימות אתר התגובה של זרזים MOF מציעה שיקולים שונים לפיתוח זרזים הטרוגנית אנאנטיוזה סלקטיבי של MOF.

Introduction

MOFs נחשבים זרז הטרוגנית שימושי עבור תגובות כימיות. ישנם שימושים רבים ושונים מדווחים על mofs עבור מזרזאנאנטיו1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17 ,18,19. עדיין, עדיין לא נקבע אם התגובות מתקיימים על המשטח הפנימי או החיצוני של ה-MOFs. מחקרים שנעשו לאחרונה העלו שאלות בנוגע לניצול השטח הזמין והפחתת דיפוזיה20,21,22,23. בעיה מרשימה יותר היא כי הסביבה כיראאל משתנה עם המיקום של כל חלל בגביש MOF. הטרוגניות הזאת של סביבת האצ מרמזת על כך שהסטריאוסלקטיביות של מוצר התגובה תלויה באתר התגובה24. לפיכך, תכנון זרז בררני מקומי יעיל דורש זיהוי של המיקום שבו התגובה יתקיים. כדי לעשות זאת, יש צורך להבטיח כי התגובה מתרחשת רק על פני השטח הפנימי או רק על פני השטח החיצוני של MOF בעת שעזב את הפנים ללא פגע. המבנה הנקבובי של MOFs והשטח הגדול שלהם המכיל אתרים פעילים בסביבה ניתן לנצל עבור הזרז enantioselective סלקטיבי. מסיבה זו, MOFs הם תחליפים מצוינים של זרזים הטרוגנית נתמך מוצק25. השימוש ב-MOFs כמו זרזים הטרוגנית צריך לשקול מראש אם התגובה לא מתרחשת בתוכם. המיקום של אתר התגובות הוא חשוב, כמו גם את גודל החלל. בחומרים נקבובי, גודל החלל קובע את המצע המבוסס על גודלה. יש כמה דיווחים של זרזים מבוססי MOF המשקיפים על גודל חלל בעיה25. הרבה זרזים מבוססי MOF מציגים מינים קטליטי מגושם (למשל, Ti (O-iPr)4) למבנה המסגרת המקורי3,8,13. יש שינוי בגודל החלל כאשר מינים קטליטי מגושם מאומצים במבנה המסגרת המקורית. גודל החלל המוקטן שנגרם על-ידי מינים קטליטיים מגושם הופך את המצע לטשטוש מלא לתוך ה-MOFs. לפיכך, האפליה של גודל המצע לפי גודל החלל של המונים צריכה להיחשב למקרים אלה. תגובות קטליטי על ידי MOFs לעתים קרובות מקשה לתמוך ראיות של תגובות המתרחשים בתוך חלל ה-MOF. מחקרים מסוימים הראו כי מצעים גדולים יותר מאשר חללים MOF מומרים למוצרים צפויים בקלות, אשר נראה סתירה8,13. ניתן לפרש תוצאות אלה כקשר בין הקבוצה הפונקציונלית של המצע והאתר הקטליטי היוזם את התגובה הקטליטית. במקרה זה, אין צורך מצע לפזר לתוך MOFs; התגובה מתרחשת על פני השטח של קריסטלים MOF26 וגודל החלל אינו מעורב ישירות באפליה של המצע המבוסס על גודלה.

כדי לזהות את אתרי התגובה של MOFs, הידועה לואיס חומצה לקדם התגובה פחמן-ene נבחר2. באמצעות 3-מתילגראל והקונגסטרים שלה כסובסטרטים, ארבעה סוגים של התגובות הסלקטיבית של פחמן (איור 1) נחקרו27. התגובות, אשר דווחו בעבר, סווגו לשני כיתות: תגובה סטואיטומטרית באמצעות מגיב Zn ותגובות קטליטי באמצעות מגיב Ti27. התגובה של המצע הקטן ביותר דורש כמות סטויכמטרי של Zn/הקושל-1 (מסגרת האוניברסיטה האורגנית של אוניברסיטת קוריאה מטאל); נמסר כי תגובה זו מתרחשת בתוך הגביש27. בשיטה זו נעשה שימוש בשני סוגים של מונים, Zn/הקושל -1 עבור תגובת סטואיצ'יט ו-Ti/קושל -1 לתגובה הקטליטית. בשל מנגנוני התגובה ברורים של שני סוגים אלה של mofs, השוואה בין שיעור התגובה לעומת גודל המצע אפשרי2,28,29. ההשפעה של גודל החלקיקים על התגובה פחמן-ene עם Zn/קושל-127 הפגינו כי, כפי שנראה בדוח הקודם, את הסביבה כלאצ של המשטח החיצוני היה שונה מהצד הפנימי של קריסטל MOF24. מאמר זה מדגים שיטה הקובעת את אתרי התגובה על ידי השוואת התגובות של שלושה סוגים של מצעים עם שני כיתות של זרזים והשפעת גודל החלקיקים כפי שדווח על הנייר הקודם27.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. הכנת (י)-הקריסטלים-1 בשלושה גדלים

הערה: כל צעד מלווה בסעיף הנסיוני ובמידע המשלים של הדוחות הקודמים2,24,27. שלושה גדלים שונים של (של)-קומשל -1 היו מוכנים : גדול (s)-הקומשל -1-(L), בינוני (s)-קומשל -1-(M), ו קטנים (ים)-קומבין 1-(s) עם גודל החלקיקים > 100 μm, > 20 μm, ו < 1 μm, בהתאמה כאשר מתוך הממס, (עם)-קומשל 1 פרקת. לכן, על הקריסטלים להיות תמיד רטובים בעת השימוש.

  1. סינתזה של גודל קטן (ים)-קומשל 1-(s)
    1. בתא 10 מ ל, לפזר Cu (לא3)2 ∙ 3h2O (0.2 mg, 0.0008 mmol) ו (עם)-2, 2 '-דיהידרוטסטוסטרון-6, 6 '-דימתיל-[1, 1 '-biphenyl]-4, 4 '-dicarbox, חומצה2 (0.24 mg, 0.0008 ממול) ב 4 מ ל של DEF/meoh (def = n, n-diethylto, 1/1, v/v).
      הערה: מומלץ להשתמש ב-DEF ו-MeOH החדשים שהוכנו (מתנול). (S) ב-"קומבין 1 " פירושו שהתצורה הסטריאוכימית של הליאווהשימוש בסינתזה היא S.
    2. כסה את תא התגובה עם כובע מצועם (polyטטרפלואורואתילן) ומניחים אותו לתוך כור מיקרוגל (65 ° c, 100 psi, 50 W, 20 דקות).
      הערה: כדי לקבל את מספר הקריסטלים הדרוש, חזור על השלבים שלעיל (1.1.1. ו-1.1.2.) מספר פעמים.
    3. מטרפה בעדינות עם מרית קטנה לצוף גבישים מעוקבים כחולים המתקבלים (45% תשואה).
    4. יוצקים את הקריסטלים צף על נייר סינון, ולשטוף 3x עם 3 מ ל של DEF חם.
    5. להחליף את הממס 3x עם 3 מ ל של הידרומטר דיכלורומתאן (dcm) עבור אחסון.
      הערה: כל צעד המחייב DCM בפרוטוקול הוא מזוקק DCM מעל הזכות2.
  2. סינתזה של גודל בינוני-קומשל 1-(ז)
    1. לפזר Cu (לא3)2 ∙ 3h2O (7.2 mg, 0.030 mmol) ב1.5 מ ל של meoh ו-2, 2 '-דיהידרוטסטוסטרון-6, 6 '-דימתיל-[1, 1 '-biphenyl]-4, 4-dicarbox, חומצה (9 מ ג, 0.030 ממול) ב1.5 mL של DEF.
      הערה: תרכובות וממיסים שהוזכרו הם להגדיר בקבוקון אחד. שינוי קנה מידה נדרש כדי לקבל את המספר הדרוש של MOFs לשימוש קטליטי. הכפל את הכף בשלב זה והפוך פתרונות מניות עבור כל תרכובת. לאחר מכן לחלק את פתרונות המניה לתוך כל בקבוקון.
    2. לשלב את שני הפתרונות בבקבוקון 4 מ ל.
    3. כסה את הבקבוקון 4 מ ל עם הנייר ומכה את העטיפה במחט כדי ליצור חור.
    4. שים את המבחנה הקטנה הזאת לתוך בקבוקון של 20 מ ל והוסף 1.0 mL של n,n-dimethyiline לחלל בין הבקבוקונים קטנים וגדולים.
    5. המכסה את המבחנה הגדולה בחוזקה ומניחים בתנור ב-65 ° c ליום אחד.
    6. מטרפה בעדינות עם מרית קטנה לצוף גבישים מעוקבים כחולים המתקבלים.
    7. יוצקים את הקריסטלים הצף על נייר סינון ושטוף 3x עם DEF/MeOH (3 מ"ל/3 mL).
      הערה: לאחר ששפוך את הקריסטלים הצף, הטה את הבקבוקון מעל נייר הסינון. ואז להוציא את הממס עם מזרק לשטוף כל גביש הנותרים בבקבוקון.
    8. להחליף את הממס 3x עם 3 מ ל של DCM לאחסון.
  3. סינתזה של גודל גדול-קומשל 1-(L)
    1. השתמש באותו ההליך כמו בסעיף 1.2, למעט בשלב 1.2.3, להשאיר את בקבוקון 4 mL פתוח.
      הערה: התשואה של הגביש המתקבל מבוססת על הליגוהשימוש. התשואה למידות הבינוני והגדול (ים)-קומשל -1 היו כמעט זהות (35% תשואה) לאחר הכביסה הסופית.

2. הכנת Zn/(ים)-קומשל 1 בשלושה גדלים

הערה: כל צעד מלווה בסעיף הנסיוני ובמידע המשלים של הדוחות הקודמים2,24,27.

  1. הוסף diמתילאבץ (0.68 mL, 1.2 M ב toluene, 0.81 mmol) להשעיה של (S)-קומבין 1 (102 mg, 0.27 mmol) ב 2 מ ל של dcm ב-78 ° c ו לנער 3 h בטמפרטורה זו.
    התראה: כל השלבים ב-78 ° c נעשים עם אמבט קירור קריוגני (קרח יבש עם אצטון). היזהר תמיד בעת טיפול בציוד זה.
    הערה: כל ההליכים לרעוד נעשים באמצעות צלחת שייקר (180 סל ד).
  2. Decant הסופרנטנט ולשטוף עם 3 מ ל קר DCM מספר פעמים עבור הסרת מלאה של אבץ dimethylzinc התגובה.
    הערה: יש צורך בשלושה גדלים של Zn/קושל -1 לתגובת הפחמן. בצע את אותם שלבים כפי שמתואר בשלושת הגדלים של הקומשל -1. מספר האתרים הקטליטיים מחושב בהנחה שאתר קטליטי אחד קיים ב-Cu ובצמד. מסיבה זו, היחס Zn/Cu ו-Ti/Cu של הקריסטלים המוכנים נקבעו כפי שהיה בדוח הקודם, תוך שימוש בספקטרוסקופיית פליטת האטום האטומי (הקאמרי-AES)27. כמויות הריאגנטים Zn ו-Ti בשימוש בפרוטוקול זה היו זהים לאלה המשמשים במחקר הקודם שלנו27.

3. הכנת Ti/(S)-קומבין 1 בשלושה גדלים

הערה: כל צעד מלווה בסעיף הנסיוני ובמידע המשלים של הדוחות הקודמים2,24,27.

  1. הוסף Ti (O-iPr)4 (59 μl, 0.20 mmol) להשעיה של (S)-קומבין 1 (24 מ"ג, 0.063 mmol) ב 2 מ ל ו טלטול עבור 5 h בטמפרטורת החדר.
  2. Decant סופרנטנט ולשטוף עם 3 מ ל של הקרים DCM מספר פעמים עבור ההסרה המלאה של Ti שיורית (O-iPr)4.

4. התגובה של קרבוניל-פן באמצעות ה-MOFs המוכן

הערה: הכינו סדרת מצעים בהתאם לשיטה המתוארת בדוח הקודם שלנו27. כל שלושת הסובסטרטים משמשים בנפרד בכל תגובה של פחמן-ene, פרט לקביעת אפקט גודל החלקיקים, שבהמשתמשים רקבמצע הקטן ביותר (1a). כל צעד עוקב אחר סעיף ניסיוני ומידע משלים של דוחות קודמים2,24,27.

  1. הטרוגנית סטויכולמטרי קרבונל-אן תגובה של Zn/(S)-קומבין 1.
    1. הוסף את פתרון המצע (0.089 mmol) ב 0.1 mL של DCM השעיה של Zn/(S)-קומשל 1 (102 mg, 0.27 mmol) ב 2 מ ל של dcm ב-78 ° c.
    2. חמם את תערובת התגובה לאט עד 0 ° צ' וללחוץ על 3.5 h בטמפרטורה זו.
    3. כיבוי תערובת התגובה עם 3 מ ל של פתרון מימית של 6 N HCl.
    4. לסנן את התערובת הנובעת באמצעות משטח הסיליקון diatomאכאאוס.
    5. לרכז את הפילטרט בתוך ולטהר את השאריות על ידי כרומטוגרפיה פלאש (n-hexane/אתיל אצטט 10:1).
      הערה: סיליקה ג'ל 60 (230-400 רשת שינוי) ותערובת מתאימה n-hexane/אתיל כמו האלואנט משמשים כרומטוגרפית פלאש. המוצר הוא שמן צהוב חיוור. טוהר אופטי של כל המוצרים בפרוטוקול זה נקבעו כמתואר בעבר27. את אותו ההליך יש לעקוב אחר שלושת הגדלים של Zn/(S)-קומבין -1.
  2. הטרוגנית קטליטי קרבונלי-נה תגובה על ידי Ti/(S)-קומשל 1.
    1. הוסף את פתרון המצע (0.29 mmol) ב 0.1 mL של DCM להשעיה של Ti/(S)-הקומשל 1 (12 מ"ג, 0.029 MMOL) ב-Dcm (2 מ ל) ב -0 ° c, וטלטול עבור 36 h בטמפרטורה זו.
    2. לאסוף את supernatant ולשטוף את הקריסטלים התוצאה 3x עם 3 מ ל של DCM.
    3. רכזו את הסופרנטאנט שנאסף בתוך ולטהר את השאריות באמצעות כרומטוגרפיה פלאש (n-hexane/אתיל אצטט 10:1).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

התגובה הסלקטיבית של קרבונש-פן באמצעות מגיב Zn היא סטואיצ'ימטרי בגלל ההבדל בעיטורים הכריכה של הקבוצות alkoxy ו קרבוניל למתכת (איור 2). מסיבה זו הוסבו הסובפנים למוצרים באתר התגובות ונותרו שם. המוצרים הרצויים הושגו על ידי פירוק הקריסטלים, כמפורט בסעיף 4 לפרוטוקול. התוצאות של הטרוגניות הטרוגנית של פחמן בררנית-ene של שילובים של מצעים על ידי Zn/(S)-קומשל 1 (טבלה 1) הראה כי המצע הקטן ביותר (1a) יכול לפזר בתוך הגביש ולהמיר למוצר בתשואה גבוהה (92%), להוכיח שכל אתרי התגובה של MOF היו זמינים. תשואה ו enantiomeric עודף (ee) ירד כמו גודל המצע גדל, אשר מציע כי מצעים גדולים לא יכול לגשת לאתרי התגובה בתוך גביש MOF. המצע הגדול ביותר (1c) לא עובר את התגובה במערכת זו. מתקבל על הדעת שערוץ התגובות נחסם על-ידי מוצרי התגובה המתאימים במקרה זה (איור 3). כאשר גודל המצע הוא קטן מספיק בהשוואה לגודל של הריק, מצעים נוספים יכולים לחדור את הגביש. אם גודל המצע גדול מדי, אתר תגובת פני השטח הופך את המגע הראשון וחוסם ישירות את הכניסה של הערוץ, מה שהופך את זה בלתי אפשרי עבור מצעים אחרים לחדור (אנימציה 1). ככל התגובה מתרחשת ליד פני השטח, הנדסת חשמל היא נמוכה24 ואת החסימה של אתר התגובה מפחיתה את התשואה התגובה.

תוצאות אפקט גודל החלקיקים (שולחן 2) הראו כי הקריסטלים הגדולים יותר היו טובים יותר מאשר גבישים קטנים בניצול אתרי התגובה בתוך הגביש, הוכחת בבירור את הזיהוי של אתר התגובה במערכת זו. התשואות בתגובת הפחמן של 1a בשלושת הגדלים של zn/(S)-הייתה דומה , המציינת כי הefficacies של שלושת ה-mofs זהים. הטוהר האופטי ירד באופן דרמטי עם הגודל היורד של הקריסטלים, כי השטח שלהם גדל. לעומת זאת, לגביש גדול יותר בגודל של שטח נמוך יותר, שאיפשר ל- 1a לחדור עמוק ולקבל גישה טובה יותר לאתרי התגובה הפנימיים.

בניגוד למערכת בתיווך Zn, מערכת Ti-זרז סיפקה מידע נוסף על האירועים המתרחשים באתרי התגובה הקטליטיים. תוצאות התגובה הטרוגנית של הפחמן הקטליטי קרבונל-פן על ידי Ti/(S)-קומפי 1 (שולחן 3) לא חשף אפליה על-ידי גודל המצע; אכן, השפעת גודל המצע על התשואה הייתה שולית. הטוהר האופטי של 2a היה נמוך בהרבה בהשוואה למוצר שהושג באמצעות תגובת zn-בתיווך. רוב המוצרים נמצאו בפתרון התגובה, והכמות בתוך הגביש הייתה זניחה. תוצאות אלה מצביעות על כך שרוב התגובות אירעו על או מתחת לפני השטח והמוצרים הוסרו מיד לפתרון (איור 4) (אנימציה 2). המצע הגדול מגודל החלל עובר את התגובה לאחר המגע עם אתר התגובות על פני השטח. המוצר מנתק במהירות מהאתר הקטליטי מבלי לחדור לגביש.

בהתבסס על תוצאות אלה, אתרי התגובה של MOFs יכולים להיות על פני השטח החיצוני או בצד הפנימי של MOFs. עם זאת, כפי שדווח בעבר, סביבת התגובה של האתר משתנה בהתאם למיקומו. תגובה שהיא קטליטי עם MOFs צריך לעקוב אחר השיטה המוצעת במאמר זה כדי לקבוע את המיקום של אתר התגובה. לכן, אם התגובה היא קטליטי, טענות של התגובה המתרחשת בתוך הערוץ יש לשקול מראש.

Figure 1
איור 1: שני כיתות של תגובות ברקסיל-בררני של פחמן דו-מימדי. חומצת לואיס חתול I ו-II שימשו לתגובת מודל הומוגנית בדוח הקודם27. דמות זו הודפסה מראש באישור חאן ואח '27אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 2
איור 2: המנגנון האפשרי של התגובה הומוגנית הסטיטומטרי קרבקסיל-ene. הבדל של זיקה מחייבת בין הקבוצה alkoxy ו קרבונל מתכת הופך את Zn מתווך פחמן מתווכת התגובה stoichiometric. דמות זו הודפסה מראש באישור חאן ואח '27אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 3
איור 3: הצגת סכמטית של הסטילטומטרי קרבקסיל-פן הטרוגנית. מולקולות בצבע ורוד מייצגים את מצעים בעוד הירוקים מציינים את המוצרים המצורפים לאתרי התגובה. (א) 1a הוא קטן מספיק כדי לחדור את הגביש ללא קשר חסימה על ידי 2a. (ב) 1b סובל מחסימה של 2b , אך עדיין מפזר לתוך הערוץ. (ג) 1c הופך את הקשר הראשון עם אתר התגובה על פני השטח וחוסם ישירות את הכניסה של הערוץ על ידי 2 ג, מה שהופך את זה בלתי אפשרי עבור מצע אחר לחדור. דמות זו הודפסה מראש באישור חאן ואח '27אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 4
איור 4: הצגת סכמטית של התגובה הטרוגנית-קרבריל-פן. מולקולות בצבע ורוד מייצגים את מצעים בעוד הירוקים מציינים את המוצרים. (א) To (ד) להמחיש את שלבי התגובה. דיסוציאציה של המוצרים מאתר התגובה הוא מהיר מאוד חודר הגביש אינו הכרחי. דמות זו הודפסה מראש באישור חאן ואח '27אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

ערך מצע t (ח) תשואה (%) הנדסת חשמל (%)
1 1a 3.5 92 50
2 1b 3.5 52 מיכל 5
3 1c 20 ע נ נה

טבלה 1: הטרוגנית סטויכולמטרי קרבקסיל-התגובה של 1. ע"נ = אין תגובה, תחת מגבלת זיהוי; NA = אינו ישים. הטבלה הודפסה מודפס באישור מהאן ואח '27

ערך זרז תשואה (%) הנדסת חשמל (%)
1 Zn/(S)-קומשל 1-(L) 92 70
2 Zn/(S)-קומשל 1-(ז) 89 50
3 Zn/(S)-קומשל 1-(s) 91 0

טבלה 2: תוצאת קביעת אפקט גודל החלקיקים. רק 1a שימש לקביעה זו. ערכים 1 – 3 תואמים חלקיקים גדולים, בינוניים, קטנים, בהתאמה. הטבלה הודפסה מודפס באישור מהאן ואח '27

מוצר שהושג מהפתרון מוצר שהתקבל מ-MOF
ערך מצע תשואה (%) הנדסת חשמל (%) תשואה (%) הנדסת חשמל (%)
1 1a 85 24 2.8 נה
2 1b 89 7 0.7 נה
3 1c 83 0 0.2 נה

שולחן 3: הטרוגנית קטליטי קרבונלי-פן 1. NA = אינו ישים. הטבלה הודפסה מודפס באישור מהאן ואח '27

Animation 1
אנימציה 1: אילוסטרציה מונפשת של התגובה הטרוגנית של קרבקסיל-דרום. אנא לחץ כאן כדי לצפות בסרטון וידאו זה. (לחץ לחיצה ימנית להורדה).

Animation 2
אנימציה 2: המחשה מונפשת של התגובה הטרוגנית-קרבקסיל-פן. אנא לחץ כאן כדי לצפות בסרטון וידאו זה. (לחץ לחיצה ימנית להורדה).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

לאחר סינתזה של (S)-הקומבין 1, גבישים בבקבוקונים מסוימים נראה אבקתי ואינם מתאימים לשימוש בזרז. לכן, הקריסטלים המתאימים של (ים)-קומשל -1 צריך להיבחר. התשואה של (של)-הקומב1 מחושבת באמצעות מבחנות שבהן הוא מסונתז בהצלחה. כאשר מנסוג מן הממס, (עם)-קומשל 1 פרקת. לכן, הקריסטלים תמיד צריכים להיות רטובים. מסיבה זו, במשקל של שלמות (S)-הקריסטלים-מתוך 1 הטבול בממס הוא קשה. הכמות של (S)-הקומבין -1 צריך להיקבע לפני השימוש בו בזרז. על ידי סינתזה (S)-הקומבין 1 בקנה מידה מסיבי ונטישת כמה דגימות גביש בבקבוקון, חישוב סטטיסטי של התשואה היה אפשרי. התשואה חושבה על ידי שקילה מושלמת דגימות מיובשות לכל בקבוקון. דגימות נבחרו באופן אקראי מן האוכלוסייה של מסונתז (S)-הקומפי -1 בממוצע על ידי מספר הבקבוקונים. שיטה זו העניקה כמות מוגדרת סטטיסטית של (S)-קומשל -1 בבקבוקון אחד. הסכום של (s)-אחד הנדרש עבור מזרז היה מוכן על ידי איסוף הקריסטלים בבקבוקונים (למשל, את הסכום הדרוש של (s)-קומשל-1 = כמות(של)-קומשל -1 לכל בקבוקון x מספר של מבחנות). חלוקת משנה של (S)-קומב1 צף הממס הוא שגוי עבור התאמת המקבילה המחושבת של מצעים; כמות המצע שבשימוש מחושבת מהכמות המחושבת (S)-קומבין -1. מבנה הקריסטל והמאפיינים דווחו בעבר2,27.

תגובות הומוקסיל-פן עם הזרזים Zn ו-Ti בוצעו בעבר כדי להוכיח שאין אפליה על ידי גודל המצע בתגובה הומוגנית. בשלב זה, ההשפעה של גודל המצע על יעילות התגובה יכולה להיות מוזנחת כמו בתגובה הטרוגניים. הטמפרטורה הדרושה לתגובת הפחמן-אן באמצעות Ti/(S)-קומבין 1 היא 0 ° c. בשל הבעיות הסמאשינג של הקריסטלים, יש לבצע את כל התגובות על ידי ניעור ולא ערבוב. עם זאת, חום נמוך לרעוד תא החממה לא היה זמין. במקום זאת, נעשה שימוש במקרר פוליסטירן מוקצף. כבל נירוסטה מבחן חוט מתלה מותקן בתוך המקרר ובבקבוקונים התגובה אטום בחוזקה תוקנו לתוך המדף. המים נשפכו ל-~ 1 ס מ גובה לתוך המקרר, ו קוביות קרח נוספו. המכסה מכוסה מכסה היה לשים על שייקר ותוקן עם דבק. קוביות קרח חדשות נוספו. כדי להחליף את הקרח הנמס עבור תגובת פחמן-ene באמצעות Zn/(S)-קומשל -1, בקבוקון התגובה נשמר באמבט קירור קריוגני (קרח יבש עם אצטון) לפני הוספת מצע לפתרון. לאחר הוספת המצע, הועבר בקבוקון התגובה למקרר המתואר לעיל.

נתונים נוספים מסומנים היטב עבור אימות אתר התגובה של Zn/(s)-קומשל 1 ו-Ti/(s)-השימוש בתגובתפחמן-ene יכול להיות מדמיין על ידי המידות שני-פוטון (TPM) מדידות27. אפיון(של)-הקריסטלים-מתוך-1 של ה-TPM דווחו בעבר. כדי למדוד את גודל החלל של MOFs מסונתז לאחרונה, מדידות TPM עם גודל שונים של צבעים זמינים30.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

. למחברים אין מה לגלות

Acknowledgments

עבודה זו נתמכת על ידי קרן מחקר לאומי של קוריאה (NRF) מחקר בסיסי תוכנית המדע NRF-2019R1A2C4070584 ואת מרכז מחקר המדע NRF-2016R1A5A1009405 ממומן על ידי ממשלת קוריאה (MSIP). ש. קים נתמכת על ידי ה-NRF הגלובלי של הדוקטורט (NRF-2018H1A2A1062013).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Acetone Daejung 1009-4110
Analytical Balance Sartorius CP224S
Copper(II) nitrate trihydrate Sigma Aldrich 61194
Dichloromethane Daejung 3030-4465
Dimethyl zinc Acros 377241000
Ethyl acetate Daejung 4016-4410
Filter paper Whatman WF1-0900
Methanol Daejung 5558-4410
Microwave synthesizer CEM Discover SP
Microwave synthesizer 10 mL Vessel Accessory Kit CEM 909050
N,N-Diethylformamide TCI D0506
N,N-Dimethylaniline TCI D0665
n-Hexane Daejung 4081-4410
Normject All plastic syringe 5 mL luer tip 100/pk Normject A5
Pasteur Pipette 150 mm Hilgenberg HG.3150101
PTFE tape KDY TP-75
Rotary Evaporator Eyela 243239
Shaker DAIHAN Scientific DH.WSO04010
Silica gel 60 (230-400 mesh) Merck 109385
Synthetic Oven Eyela NDO-600ND
Titanium isopropoxide Sigma Aldrich 87560
Vial (20 mL) SamooKurex SCV2660
Vial (5 mL) SamooKurex SCV1545

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Yoon, M., Srirambalaji, R., Kim, K. Homochiral Metal-Organic Frameworks for Asymmetric Heterogeneous Catalysis. Chemical Reviews. 112, 1196-1231 (2012).
  2. Jeong, K. S., et al. Asymmetric Catalytic Reactions by NbO-Type Chiral Metal-organic Frameworks. Chemical Science. 2, 877-882 (2011).
  3. Ma, L., Falkowski, J. M., Abney, C., Lin, W. A Series of Isoreticular Chiral Metal-Organic Frameworks as a Tunable Platform for Asymmetric Catalysis. Nature Chemistry. 2, 838-846 (2010).
  4. Férey, G., et al. A Chromium Terephthalate-Based Solid with Unusually Large Pore Volumes and Surface Area. Science. 309, 2040-2042 (2005).
  5. Doitomi, K., Xu, K., Hirao, H. The Mechanism of an asymmetric Ring-Opening Reaction of Epoxide with Amine Catalyzed by a Metal-Organic Framework: Insights from Combined Quantum Mechanics and Molecular Mechanics Calculations. Dalton Transactions. 46, 3470-3481 (2017).
  6. Mo, K., Yang, Y., Cui, Y. A Homochiral Metal-Organic Framework as an Effective Asymmetric Catalyst for Cyanohydrin Synthesis. Journal of the American Chemical Society. 136, 1746-1749 (2014).
  7. Wu, C., Hu, A., Zhang, L., Lin, W. A Homochiral Porous Metal-Organic Framework for Highly Enantioselective Heterogeneous Asymmetric Catalysis. Journal of the American Chemical Society. 127, 8940-8941 (2005).
  8. Tanaka, K., Oda, S., Shiro, M. A Novel Chiral Porous Metal-Organic Framework: Asymmetric Ring Opening Reaction of Epoxide with Amine in the Chiral Open Space. Chemical Communications. 820-822 (2008).
  9. Inagaki, S., Guan, S., Ohsuna, T., Terasaki, O. An Ordered Mesoporous Organosilica Hybrid Material with a Crystal-like Wall Structure. Nature. 416, 304-307 (2002).
  10. Fang, Q. R., et al. Mesoporous Metal-Organic Framework with Rare Etb Topology for Hydrogen Storage and Dye Assembly. Angewandte Chemie International Edition. 46, 6638-6642 (2007).
  11. Gheorghe, A., Tepaske, M. A., Tanase, S. Homochiral Metal-organic Frameworks as Heterogeneous Catalysts. Inorganic Chemistry Frontiers. 5, 1512-1523 (2018).
  12. Cho, S. -H., Ma, B., Nguyen, S. T., Hupp, J. T., Albrecht-Schmitt, T. E. A Metal-Organic Framework Material That Functions as an Enantioselective Catalyst for Olefin Epoxidation. Chemical Communications. 2563-2565 (2006).
  13. Lin, W. Homochiral Porous Metal-Organic Frameworks: Why and How. Journal of Solid State Chemistry. 178, 2486-2490 (2005).
  14. Dybtsev, D. N., et al. Homochiral Metal-Organic Material with Permanent Porosity, Enantioselective Sorption Properties, and Catalytic Activity. Angewandte Chemie International Edition. 45, 916-920 (2006).
  15. Seo, J., et al. Homochiral Metal-Organic Porous Material for Enantioselective Separation and Catalysis. Nature. 404, 982-986 (2000).
  16. Park, Y. K., et al. Crystal Structure and Guest Uptake of a Mesoporous Metal-Organic Framework Containing Cages of 3.9 and 4.7 Nm in Diameter. Angewandte Chemie International Edition. 46, 8230-8233 (2007).
  17. Tanaka, K., et al. Asymmetric Ring- Opening Reaction of meso-Epoxides with Aromatic Amines Using Homochiral Metal-Organic Frameworks as Recyclable Heterogeneous Catalysts. RSC Advances. 8, 28139-28146 (2018).
  18. Jaroniec, M. Organosilica the Conciliator. Nature. 442, 638-640 (2006).
  19. Tanaka, K., Sakuragi, K., Ozaki, H., Takada, Y. Highly Enantioselective Friedel-Crafts Alkylation of N,N-Dialkylanilines with trans-β-Nitrostyrene Catalyzed by a Homochiral Metal-Organic Framework. Chemical Communications. 54, 6328-6331 (2018).
  20. Cao, L., et al. Self-Supporting Metal-Organic Layers as Single-Site Solid Catalysts. Angewandte Chemie International Edition. 55, 4962-4966 (2016).
  21. Hu, Z., et al. Kinetically controlled synthesis of two-dimensional Zr/Hf metal-organic framework nanosheets via a modulated hydrothermal approach. Journal of Materials Chemistry A. 5, 8954-8963 (2017).
  22. Ashworth, D. J., Foster, J. A. Metal-organic framework nanosheets (MONs): a new dimension in materials chemistry. Journal of Materials Chemistry A. 6, 16292-16307 (2018).
  23. Zhao, M., et al. Two-dimensional metal-organic framework nanosheets: synthesis and applications. Chemical Society Reviews. 47, 6267-6295 (2018).
  24. Lee, M., Shin, S. M., Jeong, N., Thallapally, P. K. Chiral Environment of Catalytic Sites in the Chiral Metal-organic Frameworks. Dalton Transactions. 44, 9349-9352 (2015).
  25. Wang, C., Zheng, M., Lin, W. Asymmetric Catalysis with Chiral Porous MetalOrganic Frameworks: Critical Issues. The Journal of Physical Chemistry Letters. 2, 1701-1709 (2011).
  26. Thiele, E. W. Relation between Catalytic Activity and Size of Particle. Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 31, 916-920 (1939).
  27. Han, J., Lee, M. S., Thallapally, P. K., Kim, M., Jeong, N. Identification of Reaction Sites on Metal-Organic Framework-Based Asymmetric Catalysts for Carbonyl-Ene Reaction. ACS Catalysis. 9, 3969-3977 (2019).
  28. Sakane, S., Maruoka, K., Yamamoto, H. Asymmetric Cyclization of Unsaturated Aldehyde Catalyzed by a Chiral Lewis Acid. Tetrahedron. 42, 2203-2209 (1986).
  29. Sakane, S., Maruoka, K., Yamamoto, H. Asymmetric Cyclization of Unsaturated Aldehydes Catalyzed by a Chiral Lewis Acid. Tetrahedron Letters. 26, 5535-5538 (1985).
  30. Shin, S. M., Lee, M. S., Han, J. H., Jeong, N. Assessing the Guest-Accessible Volume in MOFs Using Two-Photon Fluorescence Microscopy. Chemical Communications. 50, 289-291 (2014).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics