Engineering UiO-68-Typed Homochiral Metal–Organic Frameworks for the Enantiomeric Separation of Fmoc-AAs and Mechanism Study

对映选择合成 对映体 吸附 材料科学 金属有机骨架 组合化学 氢键 密度泛函理论 有机化学 计算化学 化学 分子 催化作用
作者
Mengna Li,Daqiang Yuan,Ben‐Lai Wu,Maochun Hong
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (18): 22241-22250 被引量:15
标识
DOI:10.1021/acsami.3c01735
摘要

Homochiral metal-organic frameworks (HMOFs) have been widely investigated in the application of enantiomeric separation. Nonetheless, it remains a significant challenge to explore the effect of multiple weak interactions between HMOF adsorbents and chiral adsorbates on enantiomeric separation performance still. In this work, robust chiral amine-alcohol-functionalized UiO-68-typed Zr-HMOFs 1-3 with the same hydrogen-bonding sites but slightly different π-binding sites were prepared for the enantioseparation of amino acid derivatives (Fmoc-AAs) with large π-binding groups. As a consequence of multiple host-guest interactions, these Zr-HMOFs exhibit speedy adsorption and high adsorption capacity for Fmoc-L/D-AAs and dissimilar enantioselectivity for the adsorption of their enantiomers. Materials 1 and 2 exhibit excellent enantioselective separation performance for Fmoc-valine with a single terminal π-binding group, while material 3 displays excellent enantioselective separation performance for Fmoc-phenylalanine and Fmoc-tryptophan with π-binding groups at both ends. As evidently demonstrated by our experimental and density functional theory (DFT) computational results, when the number of π-binding groups preset in the confined chiral space of adsorbents matches the number of π-binding groups of chiral adsorbates, the synergism of π-π or σ-π interactions will increase enantioselectivity; otherwise, the competition interactions from redundant identical binding sites will weaken enantioselectivity. Our case not only provides a tremendously typical system for investigating the collaborative discrimination of multiple weak interactions and exploring the impact of relatively excessive binding sites of HMOF adsorbents or chiral adsorbates on the enantioselective separation performance but also provides guidance for targeted functional modifications of high-performance chiral porous materials.
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