Small:手性MOFs和COFs在不对称催化中的研究进展

由于全世界对手性产品大量且日益增长的需求,不对称催化得到了极大的重视,成为当前有机合成科学和催化科学共同的前沿研究领域。金属-有机框架(MOFs)和共价有机框架(COFs)是两类类沸石的新型晶体多孔材料,具有结构组成多样可调、比表面积和孔隙率大、孔道结构高度有序、孔径大小可调、易于功能化修饰等优点,被广泛应用于催化、气体存储、分离、医药、及传感等领域。近十多年来,手性MOFs和COFs催化的不对称有机合成受到了广泛的关注与研究。在MOFs和COFs中引入手性催化活性中心,既可以利用框架材料有序均一孔道的限域效应提高催化活性和选择性,也为利用单位点催化深入研究不对称催化反应机理提供了平台。

南开大学刘双喜教授、楼兰兰副教授课题组近日在Small上系统综述了手性MOFs和COFs在不对称催化中的研究进展(论文信息附后)。该综述文章首先总结了手性多孔框架催化剂的四种主要制备方法——直接合成法、后修饰合成法、封装法和手性诱导法。综述主体详细总结了各种手性MOFs和COFs催化剂的设计合成与结构组成,重点评述了这些催化剂的不对称催化性能、稳定性以及可回收利用性能。多种优势手性配体和催化剂,如BINOL、Salen、BINAP、脯氨酸、磷酸等,被引入到MOFs和COFs材料中构建多相手性催化剂,用于芳香醛烷基加成、烯烃环氧化、醛硅氰化、硫醚氧化、氢化、Diels-Alder、Aldol、Friedel-Crafts等众多不对称反应中。这些催化剂大多数具备较高的稳定性和良好的回收重复利用性能。由于规则孔道的限域效应,部分手性MOFs和COFs催化剂表现出了比相应均相催化剂显著提高的活性和立体选择性。并且,框架材料的模块化构建方式利于制备含有多种活性中心的多功能手性催化剂,用于高效催化不对称串联反应或协同反应。此外,这些多孔框架材料的结构组成易于调控,这为深入研究不对称手性催化反应的机理以及催化剂结构与性能之间的关系提供了良好的平台。最后,作者们讨论了手性MOFs和COFs在不对称催化领域面临的机遇与挑战,包括高效稳定水相手性多孔框架催化剂的合成,新型、高结晶度手性COFs材料的制备及不对称催化应用等。

论文信息:

Advances in Chiral Metal–Organic and Covalent Organic Frameworks for Asymmetric Catalysis

Hao Zhang, Lan-Lan Lou*, Kai Yu, Shuangxi Liu*

Small

DOI: 10.1002/smll.202005686