利用Suzuki反应和席夫碱反应一锅法合成共价有机框架

共价有机框架（covalent organic frameworks，COFs）是一类晶态多孔有机聚合物，因其永久性孔道、可设计的结构、易于功能化等优点，并逐渐应用于分子吸附与分离、催化、光电及能源等领域。在过去的十几年里，COFs所展现出巨大的应用潜力引起了人们广泛的关注。COF材料定向设计遵循动态化学原理，通常依赖于共价键的可逆“断裂”和“重组”赋予框架结构在共价键组装过程中的纠错能力，从而得到具有高度有序性的热力学稳定的产物。因此，在COF材料的合成设计当中，通常将目标拓扑结构拆分为具有可逆共价键连接的构筑模块，仅有很少的不可逆反应能够在溶液中构建有序的框架材料，且需要特定的单体来平衡动态聚合和结晶过程。

偶联反应，特别是钯催化的Suzuki偶联反应，作为有机合成中重要的基元反应，是一类非常重要的不可逆反应。偶联反应在有机合成中应用十分广泛，为许多材料和聚合物的合成提供了有效且丰富的合成手段。因为偶联反应形成C-C键的不可逆性，当前通过偶联反应往往得到共轭微孔聚合物（conjugated microporous polymers，CMPs）和多孔芳香骨架材料（Porous aromatic frameworks，PAFs）。近日，北京理工大学王博（点击查看介绍）和冯霄（点击查看介绍）等人将Suzuki反应引入到COFs的合成当中，发展合成新方法，通过Suzuki偶联反应和席夫碱反应一锅法合成以C-C单键和C=N双键连接的COF材料，精准构筑了含有三种不同微孔的COFs，并探索了其在气体分离中的应用。该方法可以有效简化COF单体合成步骤、减少化学浪费、提高生产效率，为COFs的合成设计提供了一种新的路径。

该方法同样适用于COF材料的大量合成，所得到的CR-COFs具有较高的结晶性和稳定性，为COF材料的实用化做出了贡献。此外，所得COFs具有微孔孔道和高比表面积是一种潜在的固体吸附剂材料。本项目探索了CR-COFs在C₂H₄/C₃H₆分离中的应用，北京理工大学谢静教授等人通过理论计算证明了COF对于丙烯具有更高的理论吸附能力和更多的吸附位点；实验结果表明，CR-COFs对C₂H₄/C₃H₆表现出较好的分离效果和循环稳定性。

综上所述，该工作利用Suzuki反应和席夫碱反应一锅法构筑了高结晶性和高稳定性的微孔COF材料，验证了通过可逆反应和不可逆反应解构拓扑结构用于合成COFs的可行性。该工作有望进一步拓展反应体系，将更为丰富的反应种类引入具有新结构和新功能的COFs构筑当中。

这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上，文章的第一作者是韩向豪博士，通讯作者是冯霄、谢静、王博。

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Syntheses of Covalent Organic Frameworks via a One-Pot Suzuki Coupling and Schiff’s Base Reaction for C₂H₄/C₃H₆ Separation

Xiang-Hao Han, Ke Gong, Xin Huang, Jian-Wei Yang, Xiao Feng,* Jing Xie,* and Bo Wang*

Angew. Chem. Int. Ed. 2022, DOI: 10.1002/anie.202202912

导师介绍

冯霄

https://www.x-mol.com/groups/wang_bo/people/32867 

王博

https://www.x-mol.com/groups/wang_bo