主族金属有机框架材料的设计合成及催化Biginelli多组分反应研究

This project focuses on the application of metal-organic frameworks (MOFs) in the cutting-edge field of catalysis. At present, the main problem of MOFs as heterogeneous catalysts is the stability. According to the theory of hard and soft acids and bases, the main group s and p (high oxidation states) regional metal ions are generally hard acids, and organic carboxylic acid ligands belong to hard bases, which makes the formation of MOFs may have high stability. Multi-component reactions refer to three or more than three of the reactants in one step chemical reaction, with the advantages of high atomic efficiency, environment friendly and so on. Based on the preliminary work, this program plans to construct main group-based MOFs with Lewis acid sites by assembly of carboxylic acid organic ligands and main group metal ions. The type and acid strength of active sites will be studied by in-situ IR spectroscopy. And the synthesized main group-based MOFs catalyst will be applied to Biginelli multicomponent reaction. In addition, the catalytic mechanism and the relationship of structure-catalytic activity will be discussed from the perspective of microstructure. Through the research of this project, we will lay a solid theoretical and practical foundation for the design and synthesis of main group-based MOFs with specific structure and function.

本项目着眼于金属有机框架材料（MOFs）在催化领域的应用这一前沿课题。当前，MOFs作为非均相催化剂的主要问题是稳定性问题。根据软硬酸碱规则，主族s区、p区（高价）金属离子一般属于硬酸，而有机羧酸类配体属于硬碱，这使得形成的MOFs可能具有高的稳定性。多组分反应是指三种或三种以上的反应物发生一步化学反应，具有原子利用率高、环境友好等优点。本项目拟在前期工作的基础上，设计合成系列羧酸类有机配体，通过分子自组装与主族金属离子构筑系列具有高稳定性、高密度Lewis酸活性位点的MOFs。利用原位红外光谱技术研究催化活性位点的类型及酸强度。并把所合成的主族MOFs催化剂应用于Biginelli型多组分反应中。此外，从微观结构的角度探讨催化机理及其构效关系与规律。通过本项目的研究，为设计合成具有特定结构和功能的主族MOFs在多组分反应领域的应用奠定坚实的理论和实践基础。

本项目着眼于金属有机框架材料（MOFs）在催化领域的应用这一前沿课题，设计合成具有出色稳定性、高密度催化活性位点的MOFs及其MOFs复合材料有望解决MOFs作为非均相催化剂稳定性差的问题。多组分反应是指三种或三种以上的反应物发生一步化学反应，具有原子利用率高、环境友好等优点。本项目拟在前期工作的基础上，设计合成系列羧酸类有机配体，通过自组装及后合成修饰等策略构筑系列具有高稳定性、高密度Lewis酸活性位点的MOFs及其复合材料，并应用于催化多组分反应中。在此基础上，从微观结构的角度探讨催化机理及其构效关系与规律。通过本项目的实施得到了一些具有新结构的MOFs与MOFs复合材料，并且它们作为多组分反应的催化剂均显示出了良好的效果。通过使用MOFs基催化剂，实现了多组分反应的高选择性、高产率、高转化率。同时也探索了一点MOFs复合材料作为其它反应催化剂的研究，结果表明MOFs复合物对于这些有机反应均具有较高的催化活性。通过本项目的研究，为设计合成具有特定结构和功能的MOFs及其MOFs复合材料在多组分反应领域的应用奠定理论和实践基础。