最近,羧酸作配体的金属有机骨架得到大量合成。其中,芳香羧酸作为有机配体的MOFs有着极大的优势:合成的配合物孔径大、热稳定性好,且能较好地防止网络的互相贯通。最常见的是以对苯二甲酸(H2BDC)和均苯三甲酸(H2BTC)为配体的MOFs。美国密歇根大学的Yaghi等人在 N,N’-二乙基甲酰胺(DEF)溶剂中,加入Zn(NO3)2•4H2O与对苯二甲酸,在85~105℃下合成出具有微孔结构的 Zn4O(R1 – BDC)3[15]。
除此之外,两种羧酸作为混合配体共同参与配位是合成新型金属有机骨架的又一个新思路。Chen等人是最早设计合成以两种羧酸为配体的配合物的,他们采用160℃的温度,将醋酸锌、H2BDC和H3BTC按一定比例置于N,N-二甲基甲酰胺、乙醇、氯苯的混合溶液中,合成了含有两种羧酸配体的骨架 Zn3·BDC·2BTC[16]。
1。2金属有机骨架的分类与合成
由于有机金属骨架的组成成分的多样性,改变其中一个组成成分或合成条件,其结构和功能就会有极大的不同。所以,按MOFs材料的组分单元和在合成方面的不同可以分为以下几大类:(1)网状金属-有机骨架材料(IRMOFs);(2)类沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs);(3)来瓦希尔骨架材料(MILs);(4)孔-通道式骨架材料(PCNs)。
MOFs 材料多采用一步合成法:在适宜温度下,选择合适的金属盐、有机配体和溶剂合成所需要的有机金属骨架。主要的合成方法有水热或溶剂热法、扩散法、微波法、超声法、机械搅拌法、离子热法、组合筛选合成法等。
(1)水热或溶剂热法是最常用的合成方法。在特制的带聚四氟乙烯内衬的密闭反应器中,加入一定比例的金属盐和有机配体,以水或其他溶剂为反应介质,置于设定好温度的烘箱中,使容器里面形成高温高压的环境。原料溶解并重新结晶析出,得到晶体。这种方法的优点是反应时间较短、促进反应物的溶解,而且在此条件下合成的晶体形状更好、质量更高,适用范围较广[17]。
(2)扩散法是在一个装有去质子化溶剂的大瓶中,放入盛有一定比例原料和溶剂的小玻璃瓶,封住大瓶瓶口,静置,等待晶体生成。这种方法反应条件温和,易获得高质量的晶体。但是时间消耗较长;对反应物的溶解性要求高(常温下溶解)。
(3)微波法是以微波的方式为金属离子和有机配体的配位提供能量,二者高速运动、发生碰撞进而得到产物。这种方法具有加热均匀、时间短、反应速率高等优势[18]。
(4)超声法是把超声波作为能量,运用于化学合成的一种方法,也是一种可以在短时间内得到配合物晶体的方法。
1。3 MOFs的催化反应
MOFs 在催化领域的应用已经成为近年研究的热点,发展最为迅速,主要包括了三大类催化反应:(1)MOFs 中具有活性点金属的催化反应,可以应用到氰硅烷基化反应、稠环芳烃的氧化、氢化反应、Friedel-Crafts反应、光催化反应等多种反应中;(2)MOFs 中具有催化活性有机配体的催化反应,应用于酯交换反应、Knoevenagel缩合反应等反应中;(3)MOFs 负载具有催化活性组分的催化反应,可以应用到醇、烯烃、CO的氧化反应,氢化反应等反应中[19]。
这是金属有机骨架的特点决定的。MOFs 结构中存在均匀分散的、高密度的催化活性位点,提高了自身与反应物的接触程度。同时,作为催化剂,MOFs还具有以下优点:(1)孔洞的形状和大小的可选择性。(2)官能团的多样性。(3)孔结构能与其他催化活性中心方便地复合。文献综述
其中,应用在不对称催化上的金属有机骨架材料又叫做手性多孔金属有机骨架材料,在催化过程中始终保持手性结构,为不对称催化诱导提供了保障。以手性多孔金属有机骨架配合物作为非均相催化剂,具有均相催化剂和普通多相催化剂的优势,分别为催化反应的高效性和催化剂的可回收利用性。此外,手性多孔配合物易于通过调控有机配体和金属离子以及它们之间的连接方式,实现对配合物开放孔道尺寸的裁剪,从而为催化过程中活性位点与底物作用提供合适空间,进而增加催化效果。