पोस्ट-सिंथेटिक लिगैंड एक्सचेंज (पीएसई) धातु-कार्बनिक ढांचे (एमओएफ) में कार्यात्मक समूहों को स्थापित करने के लिए एक बहुमुखी और शक्तिशाली उपकरण है। एमओएफ को ट्राइज़ोल- और टेट्राज़ोल-कार्यात्मक लिगेंड युक्त समाधानों के लिए उजागर करने से पीएसई प्रक्रियाओं के माध्यम से इन हेट्रोसाइक्लिक मोइट्स को जेडआर-एमओएफ में शामिल किया जा सकता है।
धातु-कार्बनिक ढांचे (एमओएफ) छिद्रपूर्ण सामग्रियों का एक वर्ग है जो धातु समूहों और कार्बनिक लिगेंड के बीच समन्वय बंधन के माध्यम से बनते हैं। उनकी समन्वय प्रकृति को देखते हुए, कार्बनिक लिगेंड और स्ट्रट फ्रेमवर्क को एमओएफ से आसानी से हटाया जा सकता है और / या अन्य समन्वय अणुओं के साथ आदान-प्रदान किया जा सकता है। एमओएफ युक्त समाधानों के लिए लक्ष्य लिगेंड पेश करके, कार्यात्मक एमओएफ को पोस्ट-सिंथेटिक लिगैंड एक्सचेंज (पीएसई) नामक प्रक्रिया के माध्यम से नए रासायनिक टैग के साथ प्राप्त किया जा सकता है। पीएसई एक सीधा और व्यावहारिक दृष्टिकोण है जो एक ठोस-समाधान संतुलन प्रक्रिया के माध्यम से नए रासायनिक टैग के साथ एमओएफ की एक विस्तृत श्रृंखला की तैयारी को सक्षम बनाता है। इसके अलावा, पीएसई को कमरे के तापमान पर किया जा सकता है, जिससे एमओएफ में थर्मल रूप से अस्थिर लिगेंड को शामिल करने की अनुमति मिलती है। इस काम में, हम जेडआर-आधारित एमओएफ (यूआईओ -66) को कार्यात्मक बनाने के लिए हेटरोसाइक्लिक ट्रायज़ोल- और टेट्राज़ोल युक्त लिगेंड का उपयोग करके पीएसई की व्यावहारिकता का प्रदर्शन करते हैं। यूआईओ = ओस्लो विश्वविद्यालय)। पाचन के बाद, कार्यात्मक एमओएफ को पाउडर एक्स-रे विवर्तन और परमाणु चुंबकीय अनुनाद स्पेक्ट्रोस्कोपी सहित विभिन्न तकनीकों के माध्यम से विशेषता दी जाती है।
धातु-कार्बनिक ढांचे (एमओएफ) तीन आयामी छिद्रपूर्ण सामग्री हैं जो धातु समूहों और बहु-विषय कार्बनिक लिगेंड के बीच समन्वय बंधन के माध्यम से बनते हैं। एमओएफ ने अपने स्थायी सरंध्रता, कम घनत्व और कार्बनिक और अकार्बनिक घटकों को जोड़ने की क्षमता के कारण महत्वपूर्ण ध्यान आकर्षित किया है, जो विभिन्न अनुप्रयोगों को सक्षम बनाता है 1,2. इसके अलावा, धातु नोड्स और स्ट्रट कार्बनिक लिंकर की विशाल श्रृंखला एमओएफ सैद्धांतिक रूप से असीमित संरचनात्मक संयोजन प्रदान करती है। समान ढांचे संरचनाओं के साथ भी, एमओएफ के भौतिक और रासायनिक गुणों को रासायनिक टैग के साथ लिगैंड फंक्शनलाइजेशन के माध्यम से संशोधित किया जा सकता है। यह संशोधन प्रक्रियाविशिष्ट अनुप्रयोगों 3,4,5,6,7,8,9 के लिए एमओएफ के गुणों को तैयार करने के लिए एक आशाजनक मार्ग प्रदान करती है।
एमओएफ संश्लेषण से पहले लिगेंड के पूर्व-कार्यात्मककरण और एमओएफ के पोस्ट-सिंथेटिक संशोधन (पीएसएम) दोनों को एमओएफलिगेंड 10,11 में कार्यात्मक समूहों को पेश करने और / या संशोधित करने के लिए नियोजित किया गया है। विशेष रूप से, सहसंयोजक पीएसएम का बड़े पैमाने पर नए कार्यात्मक समूहों को पेश करने और विभिन्न कार्यक्षमताओं के साथ एमओएफ की एक श्रृंखला उत्पन्न करने के लिए अध्ययन कियागया है। उदाहरण के लिए, यूआईओ-66-एनएच2 को उपयुक्त एसाइल हैलाइड्स (जैसे एसिटाइल क्लोराइड या एन-हेक्सानोइल क्लोराइड) 15,16 के साथ एसाइलेशन प्रतिक्रियाओं के माध्यम से विभिन्न श्रृंखला लंबाई (सबसे छोटे एसिटामाइड से लेकर सबसे लंबे एन-हेक्सिल एमाइड तक) के साथ एमाइड-कार्यात्मक यूआईओ-66-एएम में परिवर्तित किया जा सकता है। यह दृष्टिकोण एमओएफ लिगेंड पर विशिष्ट कार्यात्मक समूहों को पेश करने के लिए सहसंयोजक पीएसएम की बहुमुखी प्रतिभा को प्रदर्शित करता है, जिससे अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए मार्ग प्रशस्त होता है।
सहसंयोजक पीएसएम के अलावा, पोस्ट-सिंथेटिक लिगैंड एक्सचेंज (पीएसई) एमओएफ को संशोधित करने के लिए एक आशाजनक रणनीति है (चित्रा 1)। चूंकि एमओएफ धातुओं और लिगेंड (जैसे कार्बोक्सिलेट्स) के बीच समन्वय बांड से बने होते हैं, इसलिए इन समन्वय बंधों को समाधान से बाहरी लिगेंड के साथ प्रतिस्थापित किया जा सकता है। रासायनिक टैग के साथ वांछित लिगैंड युक्त समाधान के लिए एमओएफ को उजागर करना पीएसई 17,18,19,20,21,22 के माध्यम से एमओएफ में शामिल किया जा सकता है। चूंकि पीएसई प्रक्रिया को समन्वय सॉल्वैंट्स के अस्तित्व से तेज किया जाता है, इसलिए इस घटना को विलायक-सहायता प्राप्त लिगैंड एक्सचेंज (SALE) 23,24 भी कहा जाता है। यह दृष्टिकोण बाहरी लिगेंड की एक विस्तृत श्रृंखला के साथ एमओएफ को कार्यात्मक बनाने के लिए एक लचीली और आसान विधि प्रदान करता है, जो 25,26,27,28,29 अनुप्रयोगों के व्यापक स्पेक्ट्रम को सक्षम करता है।
चित्रा 1: ट्राइज़ोल और टेट्राज़ोल-कार्यात्मक एच2बीडीसी लिगेंड का संश्लेषण और पीएसई के माध्यम से ट्रायज़ोल- और टेट्राज़ोल-कार्यात्मक यूआईओ -66 एमओएफ की तैयारी। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.
पीएसई प्रक्रिया की प्रगति को लिगैंड अनुपात, विनिमय तापमान और समय को समायोजित करके नियंत्रित किया जा सकता है। विशेष रूप से, कमरे के तापमान पीएसई को एमओएफठोस 20 में एक समाधान से लिगेंड का आदान-प्रदान करके कार्यात्मक एमओएफ प्राप्त करने के लिए नियोजित किया जा सकता है। पीएसई रणनीति विशेष रूप से थर्मल रूप से अस्थिर कार्यात्मक समूहों (जैसे एज़िडो समूह) और समन्वय कार्यात्मक समूहों (जैसे फिनोल समूहों) को एमओएफ संरचनाओं18 में पेश करने के लिए उपयोगी है। इसके अलावा, पीएसई रणनीति को धातु और समन्वय बांड भिन्नताओं के साथ विभिन्न एमओएफ पर लागू किया गया है। यह विनिमय एमओएफ30,31,32 के रसायन विज्ञान में एक सार्वभौमिक प्रक्रिया है। इस अध्ययन में, हम प्राचीन, गैर-कार्यात्मक एमओएफ से कार्यात्मक एमओएफ प्राप्त करने के लिए पीएसई के लिए एक विस्तृत प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं, और हम एमओएफ के सफल कार्यात्मककरण की पुष्टि करने के लिए एक लक्षण वर्णन रणनीति प्रदान करते हैं। यह विधि विभिन्न कार्यात्मक समूहों के साथ एमओएफ को संशोधित करने के लिए पीएसई की बहुमुखी प्रतिभा और सुविधा को प्रदर्शित करती है।
टेट्राज़ोल युक्त बेंजीन -1,4-डाइकारबॉक्सिलिक एसिड (एच 2बीडीसी-टेट्राज़ोल) 33, और ट्रायज़ोल युक्त बेंजीन -1,4-डाइकारबॉक्सिलिक एसिड (एच2बीडीसी-ट्रायज़ोल) को लक्ष्य लिगेंड के रूप में संश्लेषित किया जाता है और यूआईओ -66 एमओएफ के पीएसई में नवीन, समन्वय-मुक्त, ट्रायज़ोल युक्त एमओएफ प्राप्त करने के लिए उपयोग किया जाता है। ट्रायज़ोल और टेट्राज़ोल दोनों में उनके हेटरोसाइक्लिक रिंग्स पर अम्लीय एन-एच प्रोटॉन होते हैं और धातु के पिंजरों के साथ समन्वय कर सकते हैं, इस प्रकार एमओएफ34,35 के निर्माण में उनका उपयोग सक्षम हो सकता है। हालांकि, एमओएफ और संबंधित संरचनाओं में समन्वय-मुक्त टेट्राज़ोल और ट्रायज़ोल को शामिल करने पर सीमित अध्ययन हैं। ट्रायज़ोल-कार्यात्मक जेडआर-एमओएफ के मामले में, यूआईओ -68 प्रकार के एमओएफ की जांच बेंजोट्रिज़ोल कार्यात्मकताओंके साथ प्रत्यक्ष सोल्वोथर्मल संश्लेषण के माध्यम से फोटोफिज़िकल गुणों की जांच की गई थी। टेट्राज़ोल-कार्यात्मक जेडआर-एमओएफ के लिए, मिश्रित प्रत्यक्षसंश्लेषण को नियोजित किया गया था। ये हेटरोसाइकिल-कार्यात्मक एमओएफ उत्प्रेरण के लिए एमओएफ छिद्रों में संभावित समन्वय स्थल प्रदान कर सकते हैं, बाध्यकारी आत्मीयता द्वारा चयनात्मक आणविक उत्थान और ऊर्जा से संबंधित अनुप्रयोग, जैसे कि ईंधन कोशिकाओं में प्रोटॉन चालन।
जेडआर-आधारित यूआईओ -66 एमओएफ की ओर कार्यात्मक बीडीसी लिगेंड के साथ पीएसई प्रक्रिया रासायनिक टैग के साथ एमओएफ प्राप्त करने के लिए एक सरल और बहुमुखी विधि है। पीएसई प्रक्रिया जलीय मीडिया में सबसे अच्छी तर?…
The authors have nothing to disclose.
इस शोध को विज्ञान और आईसीटी मंत्रालय (एनआरएफ -2022 आर 1 ए 2 सी 1009706) द्वारा वित्त पोषित कोरिया के राष्ट्रीय अनुसंधान फाउंडेशन (एनआरएफ) के माध्यम से बुनियादी विज्ञान अनुसंधान कार्यक्रम द्वारा समर्थित किया गया था।
2-Bromoterephthalic acid | BLD Pharm | BD5695 | reagent for BDC-Triazole |
Azidotrimethylsilane | Simga Aldrich | 155071 | reagent for BDC-Triazole |
Bis(triphenylphosphine)palladium(II) dichloride | TCI | B1667 | reagent for BDC-Triazole |
Copper(I) cyanide | Alfa-Aesar | 12135 | reagent for BDC-Tetrazole |
Copper(I) iodide | Acros organics | 20150 | reagent for BDC-Triazole |
Digital Orbital Shaker | Daihan Scientific | SHO-1D | PSE |
Formic Acid | Daejung chemical | F0195 | reagent for BDC-Tetrazole |
Hybrid LC/Q-TOF system | Bruker BioSciences | maXis 4G | HR-MS |
Lithum hydroxide monohydrate | Daejung chemical | 5087-4405 | reagent for BDC-Triazole |
Magnesium sulfate | Samchun chemical | M1807 | reagent for BDC-Triazole |
Methyl alcohol | Daejung chemical | M0584 | reagent for BDC-Tetrazole |
N,N-Dimethylformamide | Daejung chemical | D0552 | reagent for BDC-Tetrazole |
Nuclear Magnetic Resonance Spectrometer-500 MHz | Bruker | AVANCE 500MHz | NMR |
Polypropylene cap (22 mm, Cork-Backed Foil Lined) | Sungho Korea | 22-200 | material for digestion |
Potassium cyanide | Alfa-Aesar | L13273 | reagent for BDC-Tetrazole |
PVDF Synringe filter (13 mm, 0.45 µm) | LK Lab Korea | F14-61-363 | material for digestion |
Scintillation vial (20 mL, borosilicate glass) | Sungho Korea | 74504-20 | material for digestion |
Sodium azide | TCI | S0489 | reagent for BDC-Tetrazole |
Sodium bicarbonate | Samchun chemical | S0343 | reagent for BDC-Triazole |
Tetrabutylammonium fluoride (1 M THF solution) | Acros organics | 20195 | reagent for BDC-Triazole |
Triethylamine | TCI | T0424 | reagent for BDC-Triazole |
Triethylamine hydrochloride | Daejung chemical | 8628-4405 | reagent for BDC-Tetrazole |
Trimethylsilyl-acetylene | Alfa-Aesar | A12856 | reagent for BDC-Triazole |
Triphenylphosphine | TCI | T0519 | reagent for BDC-Triazole |
X RAY DIFFRACTOMETER SYSTEM | Rigaku | MiniFlex 600 | PXRD |
Zirconium(IV) chloride | Alfa-Aesar | 12104 | reagent for BDC-Tetrazole |