诺贝尔奖获得者F.斯托达特讲述了环糊精金属有机框架及其应用

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由γ-环糊精(γ-CD)和碱金属阳离子衍生的环糊精基金属有机框架(CD-MOFs),构成了一类多孔、可再生、可食用的MOFs,可从天然存在的碳水化合物中大规模合成。γ-CD是由8个不对称的α-1,4-连接的D-吡喃葡萄糖残基组成的C8对称环状低聚糖,具有内径为1 nm、深度为0.8 nm的桶状空腔。将1当量的γ-CD与8当量的氢氧化钾在水溶液中结合,然后将MeOH(或EtOH)向该溶液中蒸气扩散数天,得到立方晶体CD-MOF-1。这种碳水化合物基MOF是2010年偶然发现的,是第一个获得高结晶的CD-MOF。单晶的X射线晶体学显示,它采用了空间基团I432,单位晶胞尺寸约为31×31×31 Å3。其他CD-MOFs,即CD-MOF-2和CD-MOF-3,当钾离子分别被铷离子和铯离子取代时,可以得到CD-MOFs。CD-MOFs由(γ-CD)6立方体单元的扩展体中心框架组成,其中含有位于立方体中心的球形孔隙,由碱金属阳离子相互连接,形成圆柱形和三角形通道。

在过去的十年中,CD-MOFs已成为一类有用的多功能材料,它基于多孔框架,具有扩展的结构,显示出强大的结晶性、永久的多孔性和优良的生物相容性。CD-MOFs家族已经加入了越来越多的金属节点集合,涉及碱金属阳离子(Li+、Na+、K+、Rb+、Cs+)和γ-CD以及其衍生物。由于其扩展的多孔框架能够吸收客体分子,包括气体、药物、金属基纳米团簇和纳米颗粒,CD-MOFs在金属基纳米颗粒和凝胶的模板合成、吸附和分离、捕获高活性中间体、催化剂支持、传感、电记忆和药物输送等不同领域都有潜在的应用。

在这篇报道中,诺贝尔奖获得者F.斯托达特总结了他在西北大学实验室发现的CD-MOFs的故事,以及将这种环保型多孔材料用于科技各个领域的机会。 本文介绍了CD-MOFs的典型合成方法,然后概述了它们的结构特点、功能化和化学修饰以提高它们在水环境中的稳定性,最后介绍了它们的应用。

Indranil Roy, J. Fraser Stoddart Cyclodextrin Metal–Organic Frameworks and Their Applications. Accounts of Chemical Research Pub Date : 2021-02-01 , DOI: 10.1021/acs.accounts.0c00695

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