多齿氮杂环金属卡宾MOFs多相催化材料的定向合成及其催化碳-杂偶联反应的研究

The study of MOFs with covalently bound organometallic complexes as a new class of heterogeneous catalysts is still in the initial stage, so many important scientific problems are unresolved and related exploratory work should be carried out. This project intends to introduce multidentate N-heterocyclic metal-carbene catalyst with additional coordination sites, and series of novel MOFs with catalytic activity are obtained by direct self-assembly, post-synthesis modification and/or loading of active component, et al. The employments of such MOFs, which act as catalyst in C-X (including C-N, C-O, C-S) coupling reactions with nitrile compounds as the substrate, is explore and develop a new method for the synthesis of green heterocyclic compounds with high efficiency. Based on study of their catalytic performance and structure, the relationships between the catalytic properties and structure of the MOFs will be summarized, and several efficient and practical MOFs catalysts will be developed to advance the process of heterogeneous catalysts materials and enrich the research areas of supramolecular chemistry, catalysis chemistry and materials chemistry.

负载金属有机配合物的MOFs作为一类全新的多相催化剂，其在催化领域的应用研究尚处于起步阶段，许多重要科学问题尚未解决，相关探索性工作亟待开展。本项目拟引入含附加配位点的多齿氮杂环金属卡宾催化剂作为有机基元，通过直接合成、后合成修饰和活性组分载入等方法获得具有催化活性的系列新型多齿氮杂环金属卡宾MOFs催化材料。使用所合成的催化材料实现以腈类化合物为底物的C-X（包括C-N, C-O, C-S）偶联反应，探索开发一种高效、绿色的合成杂环骨架的新方法。在目标催化材料结构与性能研究的基础上，揭示催化性能与结构之间的内在关联，力争研制高效实用的MOFs 催化剂，推进MOFs多相催化材料的研究进程，丰富配位化学、催化化学和材料化学的研究内容。

氮杂环骨架含有丰富的配位点及功能化信息，在构建配位聚合物材料和光功能分子探针方面引起广泛关注。本项目研究通过理论建模指导新型功能配位聚合物/光功能分子的设计合成，具体包括：①通过直接合成法、前驱配体修饰、后合成修饰法等策略，构建了24例多功能型配位聚合物材料，实现了其在催化N-杂偶联反应体系、气体吸附与分离、环境污染物监测与治理方面的应用；②基于理论建模导向基元反应设计策略，构建了55例功能光敏荧光探针分子，实现了在复杂的环境及生命体系中活性小分子、微环境标志物、金属离子、阴离子等的特异性识别，监测环境及病理过程；③通过后合成修饰，构筑了一例新型量子点荧光探针材料，该探针材料对铀酰离子表现出特异性的识别效果，对于核应急事故快速预警分析及预防铀酰离子进入人体具有重要的意义。本项目研究成果以论文形式发表SCI论文23篇（其中一区11篇，二区10篇，影响因子总和130.9），申请国家发明专利4项，形成了系列具有自主知识产权的专利技术应用推广；培养博硕士毕业研究生26人。项目超预期完成研究任务，为进一步功能金属配合物/分子构建与应用探索积累了丰富的研究基础。. 本项目深入拓展配位化学、有机合成、金属有机、材料化学等学科的交叉研究，扩大研究范围，不断充实研究内容，对多学科交叉融合具有积极意义，在功能分子材料、环境监测及医学诊断领域具有良好的应用前景。