Small Structures:基于多环芳烃的三维共价有机框架对于单线态氧的可逆捕获

单线态氧(1O2)是一种活性氧物种(ROS),在有机合成、光动力疗法等许多领域发挥着重要作用。然而,单线态氧存在寿命短、反应活性高等问题,很难制备保存。因此,寻找一种可以捕捉和释放1O2的分子载体是非常重要的。EPOs是一种1O2的分子载体,一般是在特定波长的光照射下由多环芳香族化合物或其衍生物与1O2结合而成。然而这些材料的结构非均质性和低溶解度限制了功能材料在实际应用和基础研究中精确控制1O2的捕获和释放。近年来基于纳米载体的1O2输送系统,如金纳米棒、金属-有机框架(MOF)和共价有机聚合物(COPs)等也取得了一定的发展。但是MOFs中金属的潜在毒性和COPs的结构无定形性限制了其进一步的应用。

共价有机框架(COF)是一种新兴的多孔材料,由于其具有序的结构、刚性的框架和可定向合成等特性,功能化的COF成为了识别、捕获和控制客体分子的最佳化学工具之一。特别是,三维(3D)COF具有更多的开放性孔道和活性位点,这使其成为客体分子载体的理想候选者。然而,由配体和客体分子之间不可逆或被动相互作用引起的结构转变通常破坏材料的结晶度,因此难以设计可以在空间构型转换和稳定性之间取得平衡的功能化3D-COF。目前,很少有关于将功能化的三维COF用作单线态氧载体的报道。

最近,吉林大学化学学院方千荣教授课题组报道了两种基于多环芳烃结构的三维共价有机框架(JUC-575和JUC-576),并对它们的特性进行了详细的阐述。研究者以两种共价有机框架结构中的蒽、萘衍生物为基础,实现了在Vis/UV切换下对单线态氧的可逆捕获。测试结果表明,在波长约660 nm的光的照射下,蒽和萘中的富电子的碳原子与1O2通过[4+2]环加成反应生成相应的内过氧化物(EPO-JUC-575和EPO-JUC-576);所得到的EPO-COFs在紫外光照射下通过过氧键的还原作用释放氧,同时恢复了其原始结构。此外,通过切换Vis/UV辐照可以很好地控制母体COFs和EPO-COFs之间1O2的捕获和释放的可逆过程。

研究者相信,这项研究不仅为3D功能化COF的开发提供了一种方法,而且还扩展了它们作为分子载体在生物学和有机合成中的潜在应用。

论文信息:

3D Covalent Organic Frameworks Based on Polycyclic Aromatic Hydrocarbons for Reversible Oxygen Capture

Minghao Zhang, Jing Fang, Yaozu Liu, Yujie Wang, Li Liao, Lingxue Tang, Liangkui Zhu, Shilun Qiu, Qianrong Fang

Small Structures

DOI: 10.1002/sstr.202000108