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MOF大牛周宏才,重磅JACS!

MOF大牛周宏才,重磅JACS!
第一作者:Rong-Ran Liang,Zongsu Han
通訊作者:周宏才,Kun-Yu Wang
通訊單位:德克薩斯A&M大學(xué)
論文速覽
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在催化領(lǐng)域,構(gòu)建具有原子精度的穩(wěn)健多相催化劑是一項(xiàng)長(zhǎng)期追求的目標(biāo),因?yàn)檫@對(duì)于控制化學(xué)反應(yīng)具有基本的重要意義。
本研究成功合成了一種名為PCN-300的單晶吡吡唑金屬-有機(jī)框架(MOF),該材料具有層狀結(jié)構(gòu),包含兩種不同的銅中心和一個(gè)在堆疊時(shí)形成的一維(1D)開放通道。PCN-300在1至14的寬pH值范圍內(nèi)的水溶液中展現(xiàn)出卓越的穩(wěn)定性。與通過氫鍵組裝的單體對(duì)應(yīng)物相比,PCN-300的穩(wěn)定性更為突出,這強(qiáng)調(diào)了Cu-吡吡唑配位鍵在框架穩(wěn)定性中的作用。
PCN-300在交叉脫氫偶聯(lián)反應(yīng)中表現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性,無需“必需”的鄰位導(dǎo)向基團(tuán)即可形成C?O鍵(產(chǎn)率高達(dá)96%),超越了均相Cu-卟吩催化劑。此外,PCN-300還展現(xiàn)了卓越的可回收性和與各種酚類底物的兼容性。
對(duì)照實(shí)驗(yàn)揭示了PCN-300中Cu-卟吩中心和框架之間的協(xié)同作用,計(jì)算揭示了反應(yīng)的自由基路徑。該研究突出了穩(wěn)健吡吡唑MOFs在直接激活C?H鍵和催化具有挑戰(zhàn)性的化學(xué)反應(yīng)方面的潛力,且以環(huán)保的方式進(jìn)行。
圖文導(dǎo)讀
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圖1:不同條件下合成PCN-300和復(fù)合-TPPP的示意圖,以及它們的相應(yīng)單晶結(jié)構(gòu)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
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圖2:(a) PCN-300和(b) 復(fù)合-TPPP的堆積結(jié)構(gòu)和拓?fù)涞氖疽鈭D。
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圖3:(a) PCN-300和(b) 復(fù)合-TPPP的高分辨率透射電子顯微鏡(TEM)圖像。
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圖4:(a) PCN-300催化的CDC反應(yīng)的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。(b) PCN-300催化劑百分比與反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)率的關(guān)系。(c) 不同催化劑的催化性能。(d) PCN-300作為多相催化劑的循環(huán)性能。
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圖5:CDC反應(yīng)的吉布斯自由能圖和提出的多相催化反應(yīng)路徑。
總結(jié)展望
本研究中的PCN-300因其在水溶液中pH值1至14的寬范圍內(nèi)的卓越穩(wěn)定性,以及在交叉脫氫偶聯(lián)反應(yīng)中的高效催化活性(產(chǎn)率高達(dá)96%),展現(xiàn)了其作為多相催化劑的巨大潛力。PCN-300不僅在產(chǎn)率和選擇性方面超越了均相Cu-卟吩催化劑,還表現(xiàn)出良好的可回收性和與各種酚類底物的廣泛兼容性。
對(duì)照實(shí)驗(yàn)和計(jì)算結(jié)果揭示了PCN-300中Cu-卟吩中心和框架之間的協(xié)同作用,以及反應(yīng)的自由基路徑。這些發(fā)現(xiàn)不僅證實(shí)了穩(wěn)定的吡吡唑基MOFs在催化具有挑戰(zhàn)性的有機(jī)轉(zhuǎn)化中的功效,也展示了MOF框架與活性位點(diǎn)之間的協(xié)同效應(yīng)對(duì)于高效催化的重要性。
文獻(xiàn)信息
標(biāo)題:A Robust Pyrazolate Metal?Organic Framework for Efficient Catalysis of Dehydrogenative C?O Cross Coupling Reaction
期刊:Journal of the American Chemical Society
DOI:10.1021/jacs.4c03038

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