【《多组分反应在多孔材料合成中的应用研究国内外文献综述》2600字】

IV多组分反应在多孔材料合成中的应用研究国内外文献综述目录TOC\o"1-3"\h\u10434多组分反应在多孔材料合成中的应用研究国内外文献综述 177841.1多组分反应介绍 1273361.2多组分反应在聚合物材料合成中的应用 291821.3多组分反应在多孔材料合成中的应用 527501参考文献 71.1多组分反应介绍多组分反应是指利用三种或三种以上的底物，经过“一锅煮”的方式生成一个最终产物的合成方法。多组分反应可以通过设计底物的结构来实现产物结构的多样性和复杂性，是一种构建一些结构特殊的化合物的有效方法，反应示意图如图1.18所示。多组分反应的优点包括高效性、高选择性、反应条件温和以及操作简洁方便等。图1.18多组分反应示意图Figure1.18Schematicdiagramofmulti-componentreaction多组分反应最早在1850年由Strecker等人发现，以胺、醛酮以及氰化氢为原料成功制备了氨基酸化合物。自此多组分反应就得到迅速发展，许多多组分反应被研究者相继发现，包括Biginelli反应[54]、Passerini反应[55]、Hantzsch反应[56]、Mannich反应[57]、Bucherer-Bergs反应[58]、Petasisi反应[59]和Ugi反应[60]等，部分反应示图如1.19所示。图1.19多组分反应示意图Figure1.19Schematicdiagramofmulticomponentreactions1.2多组分反应在聚合物材料合成中的应用近些年来，利用多组分反应的优势，许多多组分反应相继被用于合成聚合物。2011年，Oliver课题组将Passerini反应与烯烃复分解反应相结合制备了一种侧链中含有酰胺的新型聚酯—聚[1-（烷基氨基甲酰）烷基烷酸酯][61]，发现该聚酯能够通过两种途径制备，一种是先通过Passerini反应制备单体，然后再通过无环复分解反应制备聚合物；另一种先通过自身复分解反应制备双功能单体，然后再通过Passerini反应制备聚合物(图1.20)。该研究证实了Passerini多组分反应是一类合成单体和聚合物的高效方法，拓宽了聚合物的合成途径。图1.20聚合物合成示意图Figure1.20Schematicdiagramofpolymersynthesis2016年，Tao课题组利用Biginelli反应成功地制备了链结构不断变化、性质不同的缩聚物库[62]。通过增加反应模块（单体）的数量增加了聚合物库中的产物数量，提高了聚合物制备的效率(图1.21)。研究发现，聚合物的热失重性能随聚合物结构（连接基团、单体链长等）的不同呈规律性变化，初步证明多组分反应应用于聚合物合成领域的学术意义，推动了多组分反应在聚合物领域的发展。图1.21通过多组分反应制备聚合物示意图Figure1.21Preparationofpolymersbymulticomponentreaction2016年，唐本忠课题组以炔烃、羰基氯和水合肼为反应单元通过Sonogashira偶联-迈克尔加成-环缩合反应制备了一种聚吡唑聚合物（图1.22）[63]，聚合物的产率高达95%。聚合物具有良好的溶解性和成膜能力、高的热稳定性和光折射率。该反应不仅仅是将单体中的功能基团连接在一块，还可以构建新的多取代杂环等功能单元嵌入聚合物主链中。2017年，该组报道以二溴芳烃，异氰和二炔为反应单元通过多组分聚合方法制备了一类功能性聚炔丙基亚胺聚合物（图1.23）[64]，聚合物产率高达93%。该类聚合物合成具有操作简单、单体选择范围宽和反应条件温和等优点。所得聚合物具有良好的溶解性，并显示出高的热稳定性和折射率。并且，含四苯乙烯的聚合物表现出聚集诱导的发光性能，能够用于检测各种酸性蒸气。图1.22含吡唑基聚合物的合成Figure1.22Synthesisofpolymerscontainingpyrazolegroup图1.23含亚氨基聚合物的合成Figure1.23Synthesisofpolymerscontainingiminegroups1.3多组分反应在多孔材料合成中的应用与多组分反应在聚合物中的大量应用相比，在有机多孔材料中的应用实例极少，只在最近才有用于构筑结晶性的COFs材料的实例。例如，2020年，董育斌课题组通过Strecker和Povarov多组分反应，“一锅法”成功制备了12个具有高晶度和永久孔隙的α-氨基和喹啉连接的共价有机骨架材料（COFs）（图1.24）[65]。与合成后修饰法（PSM）相比，多组分反应制备的COFs材料既可以获得相似的聚合物结构，又可以显著提高合成效率，降低孔径的坍塌，可能会为构建在PSM条件下无法实现的COFs材料开辟一条新途径。图1.24通过Strecker和Povarov多组分反应制备COFs示意图Figure1.24Constructionofcovalentorganicframeworksviathree-componentone-potStreckerandPovarovreactionsCooper课题组在无过渡金属催化条件下，通过C-H功能化和氧化环化，以现成的醛、胺和硫单质为反应单体，通过一个简单高效的三组分反应合成了五个含噻唑环的COFs材料（TZ-COFs）（图1.25）[66]。这些材料具有较高的结晶度、高比表面积以及优异的物理化学稳定性。将TZ-COFs作为光催化剂应用于催化制氢，发现TZ-COF-4具有很高的制氢效率，在可见光照射下高达4296μmolh−1g−1，并且该催化剂具有高稳定性和可回收性，能持续产氢50h。图1.25通过多组分反应制备COFs材料示意图Figure1.25Schematicdiagramofcovalentorganicframeworkssynthesisbymulticomponentreaction王为课题组以异氰化物、氨基吡啶和醛类单体为构建单元通过Groebke-Blackburn-Bienayme（GBB）反应构建了一系列含吡咪唑基COFs材料（LZU-561~LZU-568）（图1.26）[67]。COFs中的咪唑环可以提高材料结构的稳定性，通过改变反应单体的种类可以调节COFs材料的功能性。鉴于异氰化物丰富的功能性和合成可能性，该方法为构建具有实用价值的COFs材料开辟了一条新途径。图1.26LZU-561~LZU-568的合成Figure1.26SynthesisofLZU-561~LZU-568总的来说，利用多组分反应的优势，能够从相对简单的原料出发，不经中间产物的分离，直接获得结构复杂的分子。与传统的合成方法相比，多组分反应在经济性和环境友好性上具有明显优势。目前，多组分反应已被证实是一类合成有机小分子和聚合物的高效方法，尤其是在聚合物合成领域，多组分反应既拓展了制备聚合物的合成途径，也赋予了聚合物更多潜在的功能性，成为了推动聚合物发展的强有力的策略。最近，多组分反应在有机多孔材料构筑中的应用，有望推动该反应成为一类制备功能性多孔材料的高效方法。但是该方法只在结晶型的COFs材料中实现，对制备无定型有机多孔聚合物的应用尚未有相关报道。造成这一现象的原因可能是难以选择合适的多组分反应，由于大多数多组分反应构建的连接单元为柔性的，可能会导致聚合物（尤其是无定形有机多孔材料）孔道的塌陷。但是，得益于多组分反应的种类多样性，我们推测无定形有机多孔聚合物同样也可以通过多组分反应来制备。更重要的是，利用大量可选的功能单元，有望赋予有机多孔聚合物新的功能。参考文献[1]Rodriguez,D.,etal.,Covalentorganicframeworknanosheets:preparation,propertiesandapplications.ChemicalSocietyReviews2020,49(8),2291-2302.[2]Das,S.,etal.,Porousorganicmaterials:strategicdesignandstructure-functioncorrelation.ChemicalReviews2017,117(3),1515-1563.[3]Tian,Y.,etal.,Porousaromaticframeworks(PAFs).ChemicalReviews2020,120(16),8934-8986.[4]Liu,R.,etal.,Covalentorganicframeworks:anidealplatformfordesigningorderedmaterialsandadvancedapplications.ChemicalSocietyreviews2021,50(1),120-242.[5]Kreye,O.,etal.,Introducingmulticomponentreactionstopolymerscience:passerinireactionsofrenewablemonomers.JournaloftheAmericanChemicalSociety2011,133(6),1790-1792.[6]Xue,H.D.,etal.,Multicomponentcombinatorialpolymerizationviathebiginellireaction.JournaloftheAmericanChemicalSociety2016,138(28),8690-8693.[7]Tang,X.J.,etal.,Multicomponenttandempolymerizationsofaromaticdiynes,terephthaloylchloride,andhydrazinestowardfunctionalconjugatedpolypyrazoles.Macromolecules2016,49(24),9291-9300.[8]Huang,H.C.,etal.,Synthesisoffunctionalpoly(propargylimine)sbymulticomponentpolymerizationsofbromoarenes,isonitriles,andalkynes.AcsMacroLetters2017,6(12),1352-1356.[9]Li,X.T.,etal.,Constructionofcovalentorganicframeworksviathree-componentone-potstreckerandpovarovreactions.JournaloftheAmericanChemicalSociety2020,142(14),6521-6526.[10]Wang,K.W.,etal.,Synthesisofstablethiazole-linkedcovalentorganicframeworksviaamulticomponentreaction.JournaloftheAmericanChemicalSociety2020,142(25),11131-11138.[11]Liu,J.,etal.,Pyrimidazole-basedcovalentorganicframeworks:integratingfunctionalityandultrastabilityviaisocyanidechemistry.JournaloftheAmericanChemicalSociety2020,142(50),20956-20961.[12]Uptmoor,A.C.,etal.,tetrahedraltetrakis(p-ethynylphenyl)groupIVccompoundsinmicroporouspolymers:effectoftetrelonporosity.Chempluschem2018,83(5),448-454.[13]Shahnaz,T.,etal.,SurfacemodificationofnanocelluloseusingpolypyrrolefortheadsorptiveremovalofCongoreddyeandchromiuminbinarymixt