利用手性金属-有机框架（MOFs）开发非均相不对称催化剂

我们提出的用于验证基于MOF催化剂反应位点的方法，可提供可靠的实验数据，以判断反应发生在MOF的内表面还是外表面。这些方法可用于评估反应位点，对于设计基于MOF的催化剂具有关键意义。在基于MOF催化剂的开发研究中，可采用这些方法获得客观的催化剂表征视角。

这些方法的可视化演示至关重要，因为仅通过文字说明难以准确操作。本次实验操作将由本研究团队的研究生 Jeehwan Han 进行示范。对于小规模 KUMOF-1 的合成，将 0.2 毫克硝酸铜(II) 和 0.24 毫克二羧酸配体溶解于 4 毫升甲醇中的 DEF 中。

用聚四氟乙烯盖子密封反应釜，将反应釜置于微波反应器中，在65摄氏度、100磅每平方英寸和50瓦条件下反应20分钟。反应结束后，用小刮勺轻轻搅拌，使生成的蓝色立方晶体浮起，倾析晶体至滤纸上。随后每次用3毫升热的DEF洗涤晶体三次，再每次用3毫升无水二氯甲烷（DCM）洗涤三次，最后将晶体转移至新鲜的无水DCM中保存。

对于中等规模的KUMOF-1合成，将7.2毫克硝酸铜溶解于1.5毫升甲醇中，并将9毫克二羧酸配体溶解于1.5毫升DEF中。将两种溶液合并至一个4毫升小瓶中，并用PTFE胶带封口。用针头在胶带上穿孔，然后将4毫升小瓶放入20毫升小瓶中。

在小瓶和大瓶之间的空隙中加入一毫升 DMA。将大瓶盖紧，在65摄氏度的烘箱中孵育24小时。第二天，用小刮勺轻轻搅拌一升瓶中的溶液，使生成的蓝色立方晶体悬浮，然后将晶体倾倒至一张滤纸上。

将三颗晶体用三毫升新鲜热DEF和甲醇各洗涤三次，操作方法同前，随后将晶体保存在三毫升新鲜DCM中。制备锌/KUMOF-1晶体时，将680微升二甲基锌加入到180毫克KUMOF-1在2毫升DCM中的悬浮液中，反应温度为-78摄氏度。在该温度下以每分钟180转的速度振荡混合物三小时。

孵育结束后，倾去上清液，并用三毫升冷的二氯甲烷多次洗涤所得产物，以彻底去除任何未反应的二甲基锌。随后按照KUMOF-1晶体的制备方案操作，获得小、中、大尺寸的锌/KUMOF-1晶体。合成钛/KUMOF-1晶体时，将59微升的异丙醇钛加入到24毫克KUMOF-1在2毫升二氯甲烷中的悬浮液中。

在室温下以每分钟180转的速度振荡混合物5小时。孵育结束后，倾去上清液，用3毫升冷的二氯甲烷多次洗涤所得产物，以完全去除残留的异丙醇钛。然后按照所示的KUMOF-1晶体制备方案，获得小、中、大尺寸的钛/KUMOF-1晶体。

对于锌/KUMOF-1催化的非均相化学计量羰基-烯反应，将底物溶于100微升二氯甲烷（DCM）的溶液加入到含有102毫克锌/KUMOF-1、溶于2毫升DCM并在-78摄氏度下的悬浮液中。将反应混合物置于低温冷却浴中，在振荡条件下反应3.5小时。孵育结束后，加入3毫升6当量的稀盐酸水溶液淬灭反应，并将所得混合物通过硅藻土硅胶垫过滤。

对于钛/KUMOF-1催化的非均相羰基-烯反应，将底物溶解于100微升二氯甲烷（DCM）中，加入至含有12毫克钛/KUMOF-1的2毫升DCM悬浮液中，反应温度为0摄氏度。在该温度下以每分钟180转的速度振荡反应36小时。反应结束后，收集上清液，并用3毫升新鲜DCM洗涤所得晶体，共洗涤三次。

使用锌试剂的对映选择性羰基-烯反应是化学计量的，这是由于烷氧基羰基与金属的结合亲和力不同所致。锌/KUMOF-1催化底物的非均相对映选择性羰基-烯反应结果表明，最小的底物能够扩散进入晶体内部，并以高收率转化为产物，证明金属有机框架的所有反应位点均可被利用。随着底物尺寸增大，反应收率和对映体过量（ee）均下降，表明较大的底物无法进入金属有机框架晶体内部的反应位点。

最大的底物在此系统中未发生反应，可能是因为反应通道被相应的反应产物堵塞。如果底物尺寸过大，其表面反应位点会首先接触并直接阻塞通道入口，从而阻止其他底物分子进入。当底物尺寸相对于孔隙尺寸足够小时，其他底物分子可穿透晶体内部。

与锌介导的体系不同，钛催化的体系能够提供更多关于催化反应位点上发生事件的信息，且不受底物尺寸的限制。事实上，大多数反应发生在表面或表面以下，产物会立即转移到溶液中。严格遵循所演示的羰基-烯反应步骤，对于获得可靠的实验结果至关重要。

双光子显微成像测量将为各类基于金属有机框架（MOF）催化剂的实际反应位点提供额外数据。由于有必要对MOF催化剂的反应位点进行验证，本方法可作为结果复核的手段。