近期，国际权威期刊《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）发表武汉大学化学与分子科学学院汪成教授团队的最新研究成果，报道了维度异构共价有机框架的设计、合成和表征。论文题为《共价有机框架中维度异构体结晶》（“Crystallization of Dimensional Isomers in Covalent Organic Frameworks”，J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, DOI: 10.1021/jacs.3c01729）。汪成教授团队特聘副研究员桂波和北京大学博士研究生辛俊洁为论文共同第一作者，汪成教授与北京大学孙俊良教授为共同通讯作者。
框架化学是研究框架材料的一门新兴学科，对分离、存储、催化等领域产生了重要影响。与有机化学中原子的不同排列方式可产生分子异构体类似，框架化学中分子构筑单元的不同排列方式也可形成框架异构体。如果由相同分子前体分别构筑具有不同维度的异构体，则可得到一类特殊异构体，汪成教授等人将其命名为维度异构体。合成维度异构体不仅可极大地丰富框架化学的基本概念，还可能构筑性质截然不同的功能材料，但目前尚未见报道。共价有机框架（COF）由分子前体通过共价成键组装而成，是一类具有代表性的框架材料，在诸多领域具有广泛应用。理论上，从相同分子前体出发，通过调控分子构象，有可能构筑二维和三维COF。由于二维COF具有规整一维孔道而三维COF具有贯穿孔道和大量开放位点，此时将得到具有不同性质和功能的COF。
本文中，他们设计了一种具有多种构象的分子前体，在不同温度下将其和对苯二胺缩聚，分别合成了不同维度的两种COF（2D-PATB-COF和3D-PATB-COF），首次报道了维度异构体。结构解析显示，2D-PATB-COF为层状堆积结构，分子构筑单元为近四边形构型；3D-PATB-COF为12重穿插dia拓扑结构，分子构筑单元为近四面体构型。此外，在溶剂热条件下，几乎不发光的2D-PATB-COF可通过升高温度逐步转化为荧光3D-PATB-COF。此研究丰富了框架化学的概念，而且表明可通过控制分子构象来构筑具有不同性质和功能的框架材料。
研究工作得到国家自然科学基金及学校科研公共服务条件平台的支持。
来源：武汉大学
论文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c01729
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