Chem. Eur. J. :芘基COF光催化剂用于光催化合成硫代磷酸酯衍生物

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中原工学院米立伟课题组报道了一种以芘基COF作为光催化剂合成硫代磷酸酯衍生物的新策略。实验结果表明,COFs可以为有机合成开发无金属、无碱、高效、可重复利用的多相光催化剂提供一个坚实的平台。


自2005年Omar Yaghi报道第一例共价有机框架(COF)结构以来,新型COFs因其大比表面积、低密度和高热稳定性而受到越来越多的关注。COFs因具有多孔有序、π-π叠加作用、层次结构和大表面积等特点,使其具有非凡的光捕获和能量转换能力,因此COFs是一种极具发展潜力的多相光催化剂。遗憾的是,大多数光敏COFs都用于CO2还原和光解水的半反应,而只有少数COFs用于光催化有机合成反应。受此启发,我们旨在开发新的芘基COFs,用于催化P(O)H化合物与硫醇的氧化交叉偶联反应,最终合成硫代磷酸酯。

图1  Py-DMTA-COF和Py-DMTPDA-COF的制备示意图

为开发可见光响应的光敏COFs,中原工学院米立伟课题组使用1,3,6,8-四-(对胺基苯基)-芘(Py)作为节点,使用2,5-二甲氧基苯-1,4-二甲醛(DMTA)作为连接单元,构筑Py-DMTA-COF (如图1,红色粉末)。该COF材料具有以下的特点:(1) 芘基结构不仅具有平面结构,可通过加强层间π-π相互作用提高COF的结晶度、稳定性和比表面积,还具有巨大的π共轭体系,有利于光激发载流子的分离和传输,产生令人满意的光电活性;(2) 如果在COF的框架中加入芘等发色团,可有效改善COFs的禁带结构和光吸收范围;(3) 在Schiff-base中心附近的甲氧基受共振效应的影响,可提高C=N键的化学稳定性,同时甲氧基还具有较强的给电子特性,与芘单元可形成电子“给体-受体”体系,有利于光激发电荷的分离和迁移。为了降低电子“给体-受体”体系的影响,作者引入了一个更长的连接单元:2',5'-二甲氧基[1,1':4',1''-三联苯]-4,4''-二甲醛 (DMTPDA),制备了Py-DMTPDA-COF (如图1,黄色粉末)。通过对两种COFs材料分析表征,作者发现Py-DMTA-COF具有更广的可见光吸收范围、更大的比表面积、更好的光致电子-空穴对分离效率和更优的电荷分离性能。


以上两种COFs均被应用于光催化合成硫代磷酸酯衍生物,结果表明Py-DMTA-COF比Py-DMTPDA-COF具有更好的光催化活性。在催化合成硫代磷酸酯衍生物方面,Py-DMTA-COF显示了广泛的底物适用性。为了证明Py-DMTA-COF的潜在应用能力,该光催化合成方法扩展到克级规模,依然能以84%的产率获得目标产物,且Py-DMTA-COF光催化剂可至少循环使用5次,其催化活性还不会有明显的降低。综述所述,该项工作可为硫代磷酸酯衍生物的合成提供新的思路。

图2  Py-DMTA-COF光催化合成硫代磷酸酯衍生物

文信息

Design of Photoactive Covalent Organic Frameworks as Heterogeneous Catalyst for Preparation of Thiophosphinates from Phosphine Oxides and Thiols

Huijie Qiao, Liting Yang, Xiubei Yang, Jialin Wang, Ya Chen, Lin Zhang, Wuxuan Sun, Lipeng Zhai and Liwei Mi


Chemistry – A European Journal

DOI: 10.1002/chem.202200600


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