Angew. Chem. :基于 Wittig 反应构建碳碳双键连接的二维共轭共价有机框架

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作为一类新的二维共轭聚合物,二维乙烯基(碳碳双键)连接的共轭共价有机框架(V-2D-COFs)具有面内π共轭和优异的化学稳定性,从而在光电子学、自旋电子学、光催化和能量存储等应用上展示出了巨大的潜力。自2016年首例V-2D-COF报道后,这类材料引起了广泛的兴趣。然而,碳碳双键形成的低可逆性使得其合成依然非常有挑战,目前报道的可用于合成V-2D-COFs的少数反应包括Knoevenagel 反应,Aldol反应 和 Horner-Wadsworth-Emmons (HWE) 缩聚反应。因此,发展可用于合成V-2D-COFs 的新方法非常重要。


此外,碳碳双键的反式/顺式构象的立体选择性调控对于V-2D-COFs的合成也非常重要,因为通常只有反式碳碳双键才能获得对称而长程有序的V-2D-COFs(图 1)。目前报道的碳碳双键的形成反应分为两类,第一类具有高立构选择性,比如HWE反应具有高的反式选择性;第二类则具有固有的低立构选择性,比如非常经典的Wittig 反应。由于立体异构混合物到单一构型的转变是熵降低的过程,因此提高上述第二类反应的立构选择性并将其应用于V-2D-COFs的合成仍然非常具有挑战,目前尚未被报道。



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图1. V-2D-COF的示意图,其中包括全反式 C=C 键 (a) 和混合顺反式 C=C 键的示例 (b-f)。说明只有全反式的C=C 键才可以提供长程有序的对称二维框架。

近日,德国德累斯顿工业大学及德国马克斯普朗克研究所的冯新亮教授团队和马克思普朗克高分子研究所的王海博士联合报道了一种通过芳基三苯基鏻叶立德和芳基醛之间的碱催化 Wittig 反应合成V-2D-COFs的新策略。为了控制 Wittig 反应的立体异构,作者从两方面入手,第一,筛选合适的催化剂以获得在 C=C 键形成过程中具有合适的几何形状和选择性的中间过渡态。第二,升高温度从而提供足够的能量来驱动来获得更稳定的反式碳碳双键,从而实现高反式选择性。然后作者将优化后的具有高反式选择性的Wittig反应进一步用于二维聚合,从而成功制备了一系列具有结晶双孔结构和高化学稳定性V-2D-COFs。

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图2. Wittig反应用于合成V-2D-COFs的示意图。

值得注意的是,超快太赫兹光谱表明Wittig 反应合成的V-2D-COFs在微观水平上显示出优异的电荷传输特性,比如较长的散射时间(~40-110 fs)和高达10.3 cm2 V-1 s-1的电荷迁移率。

文信息

Vinylene-Linked 2D Conjugated Covalent Organic Frameworks by Wittig Reaction

Yannan Liu, Shuai Fu, Dominik L. Pastoetter, Arafat Hossain Khan, Yingying Zhang, Arezoo Dianat, Shunqi Xu, Zhongquan Liao, Marcus Richter, Minghao Yu, Miroslav Položij, Eike Brunner, Gianaurelio Cuniberti, Thomas Heine, Mischa Bonn, Hai I. Wang, Xinliang Feng


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202209762




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