近日，天津大学理学院雷圣宾教授课题组和美国University of Colorado Boulder（CU-Boulder）张伟教授课题组合作，先后在Angew. Chem. Int. Ed.上报道了反应温度、取代基和环境压力对表面限域的烯烃复分解反应产物分布的影响（DOI: 10.1002/anie.201711040）以及表面2D COF用于分离烯烃复分解反应中的大环和线性副产物（DOI: 10.1002/anie.201803937）。
雷圣宾教授简介
雷圣宾，天津大学理学院教授，博士生导师。主要从事界面超分子结构的设计、组装与表征工作，以扫描探针显微技术结合密度泛函、分子力学及蒙特卡罗模拟为主要研究手段，在界面复杂多组分组装结构设计与表征、二维主客体结构以及界面相行为、共轭高分子精细结构研究方面取得了显著进展。目前在Angew. Chem. Int. Ed., J. Am. Chem. Soc., Nano Lett., Adv. Mater., ACS Nano, Chem. Mater., Chem. Comm., Chem. Eur. J.等权威杂志发表SCI收录论文一百余篇，论文被引用3000余次，个人H因子为28。为Topics in Current Chemistry, Chem. Soc. Rev., Angew. Chem. Int. Ed.撰写综述三篇。2005年获中国化学会青年化学奖，2009年获教育部新世纪优秀人才计划支持。担任Nanoscale, Chem. Eur. J., Chem. Comm., Langmuir, Polymer, Soft Matter, ChemPhysChem, Sci. China Chem.等杂志的审稿人，比利时弗拉芒区基金（the research foundation Flanders）评阅人。
张伟教授简介
张伟，美国University of Colorado Boulder化学与生物化学系教授，博士生导师，美国化学学会会员，瑞士苏黎世联邦理工学院（ETH）客座教授。主要研究方向为动态共价化学、有机纳米技术、材料化学、可再生能源等。在Acc. Chem. Res., Chem. Soc. Rev., Adv. Mater., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed.等国际知名学术刊物发表SCI 论文近50余篇，论文被引用2000余次，产生了广泛的国际影响，并因此被邀请在泛太平洋化学会、国际理论和应用化学联合会年会等十余个学术会议上作特邀报告。先后承担了6项美国自然科学基金项目、2项美国国防部项目、1项美国石油研究基金项目。先后获得美国斯隆奖（Alfred P. Sloan Fellow）、Provost成就奖、CAPA杰出青年奖、3M青年教授奖、美国自然科学基金职业发展奖、科罗拉多大学创新技术奖和青年教授职业发展奖等一系列科研奖励，并获批6项美国发明专利。
前沿科研成果
通过烯烃复分解反应趋动的表面限域的动态共价体系
DCvC的最大特点之一是它对外界刺激的响应性（如温度、光、电、机械应力、金属离子、质子、溶剂等），由此可以产生复杂且特别的动态组合库（Dynamic Combinatorial Library，DCL）。鉴于图案化单分子层在各种纳米技术的发展中备受瞩目，研究DCL对表面的响应具有重大意义。
作者在本研究中采用1,3-二乙烯基-6-癸基苯（图1，M1）和1,3-二乙烯基-6-癸基苯甲酸酯（图1，M2）为反应前体分子，利用扫描隧道显微镜（Scanning Tunneling Microscopy，STM）在高定向热解石墨（HOPG）表面研究了反应温度、取代基和环境压力对表面限域的烯烃复分解反应产物分布的影响。烯烃复分解反应能够在溶液相中和界面上同时进行，既可以通过线性六聚体的环化形成六聚大环（图1，path I），也可以通过更长线性聚合物的断开形成大环（图1，path II）。
图1 1,3-二乙烯基-6-癸基苯（M1）和1,3-二乙烯基-6-癸基苯甲酸酯（M2）的非周期性烯烃复分解反应
（来源：Angew. Chem. Int. Ed. DOI: 10.1002/anie.201711040）
研究结果表明，二烯单体在低温下生成寡聚物，分子链的长度会随着反应温度的升高而增长，最终生成热力学最稳定的六聚大环。单体和中间产物在HOPG表面的吸附和组装会极大降低被吸附物的平移和自由旋转能力，从而大大改变动态反应体系中的产物分布。假如其中一种产物在某一反应条件下能在HOPG表面形成稳定的组装结构，说明该产物在HOPG表面具有很强的亲和力，从而导致该产物在表面的扩增。因此，表面对产物的选择性吸附可以使得某种特定产物被放大，利用表面限域作用可以得到特定的中间产物，如二聚体。作者通过STM在HOPG表面上直接地观察到了动态烯烃复分解反应体系的结构变化，为烯烃复分解反应的反应机理提供了直接证据。这种表面限定的动态共价体系为表面支撑的分子组装和网格结构的发展提供了有趣的新方法。
这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition上。论文标题为“Surface-Confined Dynamic Covalent System Driven by Olefin Metathesis”。论文作者为：Chunhua Liu, Eunsol Park, Yinghua Jin, Jie Liu, Yanxia Yu, Wei Zhang*, Shengbin Lei*, Wenping Hu（Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, 1869-1873, DOI: 10.1002/anie.201711040）。
表面席夫碱COF分离亚芳基亚乙烯基大环
亚芳基亚乙烯基大环（AVMs）是由–C=C–连接的具有刚性共轭骨架的碳氢化合物。由于其在诸多领域中都具有潜在的应用价值，因此近年来引起了科学家们的广泛兴趣。热力学最稳定的目标大环可以通过烯烃复分解反应的“一锅法”制备。在长寿命、高活性的催化剂以及适合的反应温度和反应时间下，烯烃复分解反应能够达到反应平衡，得到主要目标产物闭合大环。同时，反应也将不可避免地生成一些聚合度不一的线性副产物，它们的化学结构式如图2（a, b）所示。由于线性副产物与大环化合物具有非常相似的结构与极性，通过传统的分离方法如硅胶柱层析、重结晶等很难将它们分离开来。因此需要寻找新方法有效分离大环与线性副产物。共价连接的表面二维有机共价网格（2D COF）具有稳定的结构框架和周期性纳米孔隙。借助二维网格与客体间弱的非共价作用力（如范德华力、弱氢键等），可以构筑稳定的二维主客体结构，实现对特定客体分子的结合与分离。
图2 a) 利用烯烃复分解反应合成亚芳基亚乙烯基大环（AVMs）化合物；b) AVMs的化学结构式；c) 4,4'-二氨基偶氮苯（DA）和1,3,5-均苯三甲醛（BTA）反应生成六边形表面2D COF
（来源：Angew. Chem. Int. Ed. DOI: 10.1002/anie.201803937）
作者在研究中精心设计了一种孔径能与大环的刚性直径正好匹配的席夫碱表面COF（图2c），该结构能与大环形成最大化的相互作用力，迫使大环优先占据表面COF的孔穴中形成较稳定的主客体体系，而线性副产物只能吸附在主客体结构的上层。随后，线性副产物可以轻易地用溶剂清洗除去，达到进一步纯化大环的目的。研究结果表明，吸附在主客体上层的线性副产物能顺利地被辛酸清洗干净。如图3所示，由于大环与表面COF之间存在氢键，大环化合物则完好地吸附在表面COF孔中。最后，利用溶解性更好的1,2,4-三氯苯（TCB）清洗大环与表面COF的主客体体系，大环则可以从表面COF中释放出来，达到分离大环与线性聚合物的目的。这种表面纯化的一个重要优势在于分离过程可以分步地进行，由此为分离纯化烯烃复分解反应的环状产物提供了新途径。
图3 利用表面COFDB与客体分子间的作用力控制分离AVM2与线性副产物：a) 分离过程示意图；b) 预先制备的表面COFDB, Iset = 30 pA, Vbias = 600 mV；c) 加入AVM2；d) 辛酸清洗之后；e) TCB清洗之后。c-e：Iset = 50 pA, Vbias = 860 mV
（来源：Angew. Chem. Int. Ed. DOI: 10.1002/anie.201803937）
这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition上。论文标题为“Separation of Arylenevinylene Macrocycles with a Surface Confined Two-Dimensional Imine Covalent Organic Framework”。论文作者为：Chunhua Liu, Eunsol Park, Yinghua Jin, Jie Liu, Yanxia Yu, Wei Zhang*, Shengbin Lei*, Wenping Hu（Angew. Chem. Int. Ed. 2018, DOI: 10.1002/anie.201803937）。
以上两项研究成果的第一作者为雷圣宾教授在哈尔滨工业大学的博士生刘春华，通讯作者为雷圣宾教授和张伟教授。该工作得到了国家自然科学基金、科技部、University of Colorado Boulder教育基金、香港王宽诚教育基金的经费支持。
完整原文来自：https://www.chembeango.com/zixun/23125
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