一种一维手性共价有机框架材料及其制备方法与应用

xiaoxiao2026-08-11  5


本发明属于手性共价有机框架材料领域,具体提供一种一维手性共价有机框架材料的制备及其应用。


背景技术:

1、公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解,而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

2、共价有机框架是一类新兴的有机多孔材料,因其结构设计灵活,功能易于调节,目前在吸附、光学、磁性、传感、光学、电化学、生物医药以及催化等领域得到了广泛的研究和应用。cof的类型多种多样,若是按着维度进行划分,可以将其分为三维cof、二维cof以及一维cof。简单来讲,通过三个方向不断延伸形成三维网络即得到三维cof,通过两个方向延伸形成二维平面网络即二维cof,二维cof平面间通常会堆叠形成一维的纳米孔道。因此,通常定义只向一个方向延伸生长,形成的一条通过共价键链接的线形的多孔框架材料为一维cof。一维cof受限于其构建单元的设计、结构的解析、结晶优化等因素,目前的相关研究较少,仅有少数相关研究被报道。

3、手性共价有机框架材料可以通过后修饰法、直接合成法、诱导法、主客体包封法、不对称催化聚合法以及近期报道的模板法获得。因其独特的物理化学性质,例如化学以及热稳定性高、比表面积大、永久的孔隙等优势,手性共价有机框架材料在手性分离、不对称催化、圆偏振发光以及手性传感等领域得到了广泛应用。其多为二维手性共价有机框架材料及少数的三维手性共价有机框架材料,而一维手性共价有机框架材料目前尚无报道,相较于二维手性共价有机框架材料,一维手性共价有机框架材料可以暴露更多的催化位点,从而有利于催化中心与底物的接触和传质。


技术实现思路

1、为克服现有技术的缺陷,进一步拓展手性共价有机框架材料的类型,本发明采用直接合成法,利用合适的构筑单元,简易合成了含有芘和联萘结构单元的一维ccof材料。

2、为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:

3、本发明的第一个方面,提供了一种一维手性共价有机框架材料,其结构式如(r)-tabi或(s)-tabi所示:

4、

5、本发明的第二个方面,提供了一种上述的一维手性共价有机框架材料的制备方法,包括:

6、以(r)-2,2'-二羟基-[1,1'-联萘]-3,3'-二甲醛,或,(s)-2,2'-二羟基-[1,1'-联萘]-3,3'-二甲醛为原料,和四(4-氨基苯基)芘在溶剂中进行反应,在催化剂存在下,脱水缩合得到粗产物,纯化,即得。

7、更具体的,采用路线1或路线2合成一维手性共价有机框架材料;

8、路线1:

9、

10、路线2:

11、

12、在一些实施方式中,所述(r)-2,2'-二羟基-[1,1'-联萘]-3,3'-二甲醛,或,(s)-2,2'-二羟基-[1,1'-联萘]-3,3'-二甲醛和四(4-氨基苯基)芘单体摩尔比为2:1-1.1,优选的,为2:1。

13、在一些实施方式中,所述反应温度为120℃-130℃,优选的,为120℃。

14、在一些实施方式中,所述反应时间为3-7天,优选的,为3天。

15、在一些实施方式中,所述催化剂为醋酸水溶液,浓度为3mol/l-12mol/l,优选的,为3mol/l。

16、在一些实施方式中,所述反应溶剂选自邻二氯苯、正丁醇、1,4-二氧六环、均三甲苯、n-甲基吡咯烷酮、n,n-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、邻二氯苯/正丁醇、均三甲苯/1,4-二氧六环中的一种。优选的,各溶剂用量为邻二氯苯(1ml)、正丁醇(1ml)、1,4-二氧六环(1ml)、均三甲苯(1ml)、n-甲基吡咯烷酮(1ml)、n,n-二甲基乙酰胺(1ml)、二甲基亚砜(1ml)、邻二氯苯/正丁醇(0.3ml/0.7ml)、均三甲苯/1,4-二氧六环(0.3ml/0.7ml);更优选的,为n,n-二甲基乙酰胺,体积为1ml。

17、在一些实施方式中,所述纯化包括:将粗产物采用溶剂洗涤、真空干燥;

18、在一些实施方式中,所述溶剂洗涤包括:采用n,n-二甲基乙酰胺、丙酮或四氢呋喃依次洗涤3-6次,优选的,洗涤3次;

19、在一些实施方式中,所述真空干燥的条件为70℃-80℃下干燥12h-15h,优选的,为80℃下干燥12h。

20、本发明的第三个方面,还提供了上述的方法制备的一维手性共价有机框架材料。

21、本发明的第四个方面,还提供了上述的一维手性共价有机框架材料在催化2-氨基苯甲酰胺与苯甲醛的反应中的应用。

22、具体催化条件为:原料2-氨基苯甲酰胺和苯甲醛的比例为1:1.2,除水剂为无水硫酸镁,催化剂为10.0mol%binol equiv,反应溶剂为10ml的乙腈,在室温(25℃)下反应24~72小时。

23、本发明的有益效果

24、(1)本发明通过简单的溶剂热法,利用合适对称性的(r)/(s)2,2'-二羟基-[1,1'-联萘]-3,3'-二甲醛和四(4-氨基苯基)芘建筑块的反应,首次成功制备了一维手性共价有机框架材料,进一步丰富了手性共价有机框架材料的类型。

25、(2)本发明将得到的一维手性共价有机框架材料作为异相不对称催化剂,成功用于催化2-氨基苯甲酰胺与苯甲醛的反应,ee值高达99%。

26、(3)本发明为一维手性共价有机框架材料的构筑提供了一个简单的例子,启发了该类材料的进一步发展。



技术特征:

1.一种一维手性共价有机框架材料,其特征在于,其结构式如(r)-tabi或(s)-tabi所示:

2.一种如权利要求1所述的一维手性共价有机框架材料的制备方法,其特征在于,包括:

3.如权利要求2所述的一维手性共价有机框架材料的制备方法,其特征在于,所述(r)-2,2'-二羟基-[1,1'-联萘]-3,3'-二甲醛,或,(s)-2,2'-二羟基-[1,1'-联萘]-3,3'-二甲醛和四(4-氨基苯基)芘单体摩尔比为2:1-1.1。

4.如权利要求2所述的一维手性共价有机框架材料的制备方法,其特征在于,所述反应温度为120℃-130℃。

5.如权利要求2所述的一维手性共价有机框架材料的制备方法,其特征在于,所述反应时间为3-7天。

6.如权利要求2所述的一维手性共价有机框架材料的制备方法,其特征在于,所述催化剂为醋酸水溶液,浓度为3mol/l-12mol/l。

7.如权利要求2所述的一维手性共价有机框架材料的制备方法,其特征在于,所述反应溶剂选自邻二氯苯、正丁醇、1,4-二氧六环、均三甲苯、n-甲基吡咯烷酮、n,n-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、邻二氯苯/正丁醇、均三甲苯/1,4-二氧六环中的一种。

8.如权利要求2所述的一维手性共价有机框架材料的制备方法,其特征在于,所述纯化包括:将粗产物采用溶剂洗涤、真空干燥;

9.权利要求2-8任一项所述的方法制备的一维手性共价有机框架材料。

10.权利要求1或9所述的一维手性共价有机框架材料在催化2-氨基苯甲酰胺与苯甲醛的反应中的应用。


技术总结
本发明涉及手性共价有机框架材料领域,具体提供一种一维手性共价有机框架材料的制备及其应用。采用简单的溶剂热法,利用合适对称性的单体(R)‑2,2'‑二羟基‑[1,1'‑联萘]‑3,3'‑二甲醛或是(S)‑2,2'‑二羟基‑[1,1'‑联萘]‑3,3'‑二甲醛分别和四(4‑氨基苯基)芘进行西夫碱反应,得到了一对具有相反手性的一维轴手性共价有机框架材料,该类质子酸型框架材料可用于催化2‑氨基苯甲酰胺与苯甲醛的不对称反应,ee值高达99%。

技术研发人员:姚丙建,李飞,王涵辉,王道正,王甲君,任光舜,孙亚亭
受保护的技术使用者:山东师范大学
技术研发日:
技术公布日:2024/9/23
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