この研究は、科学情報通信部が資金提供する韓国国立研究財団(NRF)の基礎科学研究プログラム(NRF-2022R1A2C1009706)の支援を受けました。

MOFおよびリガンドの調製に必要な試薬は、 材料表に記載されています。
1. 合成後配位子交換(PSE)プロセスのセットアップ
<ol><li>予め合成したUiO-66 MOFを真空下で完全に乾燥させ、細孔内の未反応の金属塩と配位子、および残りの溶媒残留物を一晩除去します。 注:UiO-66 MOFの合成手順については、 補足ファイル1 を参照してください。</li>
	<li>官能化配位子、H 2 BDC-トリアゾール、およびH2BDC-テトラゾールを調製します(調製プロセスについては補足ファイル1を参照)。特性評価のための補足図1および補足図2)を単離状態で、真空下で一晩完全に乾燥させた。</li>
	<li>水酸化カリウムを脱イオン水に溶解して4%水酸化カリウム(KOH)水溶液を調製します。</li>
	<li>ポリプロピレン(PP)キャップ付きの20 mLシンチレーションバイアルでPSEプロセスを実行します( 材料表を参照)。</li>
	<li>H 2 BDC-トリアゾール (23.3 mg, 0.1 ミリモル) または H2BDC-テトラゾール (23.4 mg, 0.1 ミリモル) を測定し、シンチレーションバイアルに入れます。</li>
	<li>H2BDCリガンドを水溶液に溶解する。ガラスピペットを使用して、1.0 mLの4%KOH水溶液をBDC-トリアゾールまたはBDC-テトラゾールを含むシンチレーションバイアルに移します。 注意:4%KOH水溶液は塩基性が高いです。あらゆる形態の接触を避け、個人用保護具を着用してください。</li>
	<li>すべての固体が完全に溶解するまで混合物を超音波処理する。</li>
	<li>溶液をpH 7に中和する。ガラスピペットを使用して、pH 7に達するまでジカルボキシレートを含むシンチレーションバイアルに攪拌しながら1 M塩酸(HCl)水溶液を移します。pH紙(およびその色)またはpHメーターのいずれかでpHを測定します。 注:MOFは通常、塩基性条件(>pH 7)では不安定であり、BDCリガンドは酸性条件(<pH 7)では溶解しないため、交換プロセス中はpHを7に維持することが重要です。BDC-トリアゾールまたはBDC-テトラゾール含有溶液を中和するには、約1.5 mLの1 M HCl水溶液が必要です。</li>
	<li>MOFをジカルボキシレート溶液に加えてインキュベートします。UiO-66 MOF (33 mg, 0.02 mmol) を pH 7 溶液を含むシンチレーションバイアルに加えます。 注:pH 7では、UiO-66 MOF粒子は水に溶けないため、水に懸濁します。</li>
	<li>MOFとリガンドを含むシンチレーションバイアルをシェーカーで120 rpm、室温で24時間インキュベートします。 注:攪拌は、PSEプロセスのシェーカーインキュベーションの代わりに使用できます。ただし、磁気攪拌バーとMOFが物理的に接触すると、MOF粒子に亀裂や破損が生じる可能性があるため、注意が必要です。</li>
</ol>2.交換されたMOFと洗浄プロセスの分離
<ol><li>インキュベーション後、遠心分離(1,166 x g、5分、室温)により混合物から固体MOFを単離します。</li>
	<li>得られた固体MOFに新鮮なメタノール(10mL)を加え、混合物を振盪して不均一混合物を形成し、残りの未交換BDCリガンドを溶解する。</li>
	<li>遠心分離(1,166 x g、5分、室温)により単離した固体を単離します。</li>
	<li>手順2.2〜2.3をさらに2回繰り返して、合計3回の洗浄サイクルを行います。</li>
	<li>最後の洗浄後、交換したMOF固体を真空下で一晩完全に乾燥させます。</li>
</ol>3. 粉末X線回折(PXRD)によるMOFのキャラクタリゼーション
<ol><li>交換したMOF固体約10 mgをPXRDサンプルホルダーに移します( 材料表を参照)。</li>
	<li>サンプルホルダーを回折計に入れます。</li>
	<li>PXRDパターン(図2)を5°から30°までの2θの範囲で収集します。</li>
	<li>取得したデータを親 UiO-66 MOF およびシミュレートされたパターンと比較します。</li>
</ol>4. 消化後の核磁気共鳴(NMR)によるMOFのキャラクタリゼーション
<ol><li>交換したMOF固体約30 mgを新しい4 mLバイアルに移します。.</li>
	<li>マイクロピペットを使用して、400 μLのDMSO-d 6をMOFサンプルに移します。</li>
	<li>マイクロピペットを使用して、200 μLの4.14 M NH4F/D2O溶液をMOF粉末のDMSO-d 6懸濁液に移します。 注:NH4F / D2O溶液の代わりに、約40%HFの水溶液を使用することができる。この場合、NMRにおいて有意なH2Oピークが観察される。しかしながら、HF消化の場合には、より明瞭な消化が可能である。 注意: HFは体や中枢神経系に非常に有毒です。あらゆる形態の接触を避け、作業はドラフトで行い、個人用保護具を着用する必要があります。</li>
	<li>消化後にMOFがジメチルスルホキシド(DMSO)-D2O混合溶媒に溶解するまで、不均一混合物を30分間超音波処理する。</li>
	<li>4 mLバイアルからNMRチューブに移しながら、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)シリンジフィルター(Φ13 mm、細孔0.45 μm、 材料表を参照)で溶液をろ過し、残りの不溶性固形物を取り除きます。</li>
	<li>NMRチューブをNMR装置に入れます。NMRデータを収集します(図3)。</li>
</ol>

トリアゾールおよびテトラゾール官能化Zr-MOFの合成と特性評価

<ol>
	<li>Zhou, H. -. C., Long, J. R., Yaghi, O. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Introduction+to+metal-organic+frameworks.">Introduction to metal-organic frameworks.</a> Chemical Reviews. 112 (2), 673-674 (2012).</li><li>Furukawa, H., Cordova, K. E., O'Keefe, M., Yaghi, O. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+chemistry+and+applications+of+metal-organic+frameworks.">The chemistry and applications of metal-organic frameworks.</a> Science. 341 (6149), 1230444 (2013).</li><li>Razavi, S. A. A., Morsali, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Linker+functionalized+metal-organic+frameworks.">Linker functionalized metal-organic frameworks.</a> Coordination Chemistry Reviews. 399, 213023 (2019).</li><li>Kim, D., Kang, M., Ha, H., Hong, C. S., Kim, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multiple+functional+groups+in+metal-organic+frameworks+and+their+positional+regioisomerism.">Multiple functional groups in metal-organic frameworks and their positional regioisomerism.</a> Coordination Chemistry Reviews. 438, 213892 (2021).</li><li>Lu, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tuning+the+structure+and+function+of+metal-organic+frameworks+via+linker+design.">Tuning the structure and function of metal-organic frameworks via linker design.</a> Chemical Society Reviews. 43 (16), 5561-5593 (2014).</li><li>Xie, L. -. H., Liu, X. -. M., He, T., Li, J. -. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metal-organic+frameworks+for+the+capture+of+trace+aromatic+volatile+organic+compounds.">Metal-organic frameworks for the capture of trace aromatic volatile organic compounds.</a> Chem. 4 (8), 1911-1927 (2018).</li><li>Lv, X. -. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ligand+rigidification+for+enhancing+the+stability+of+metal-organic+frameworks.">Ligand rigidification for enhancing the stability of metal-organic frameworks.</a> Journal of the American Chemical Society. 141 (26), 10283-10293 (2019).</li><li>Robison, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transient+catenation+in+a+zirconium-based+metal-organic+framework+and+its+effect+on+mechanical+stability+and+sorption+properties.">Transient catenation in a zirconium-based metal-organic framework and its effect on mechanical stability and sorption properties.</a> Journal of the American Chemical Society. 143 (3), 1503-1512 (2021).</li><li>He, T., Kong, X. -. J., Li, J. -. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chemically+stable+metal-organic+frameworks:+rational+construction+and+application+expansion.">Chemically stable metal-organic frameworks: rational construction and application expansion.</a> Accounts of Chemical Research. 54 (15), 3083-3094 (2021).</li><li>Kalaj, M., Cohen, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Postsynthetic+modification:+an+enabling+technology+for+the+advancement+of+metal-organic+frameworks.">Postsynthetic modification: an enabling technology for the advancement of metal-organic frameworks.</a> ACS Central Science. 6 (7), 1046-1057 (2020).</li><li>Mandal, S., Natarajan, S., Mani, P., Pankajakshan, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Post-synthetic+modification+of+metal-organic+frameworks+toward+applications.">Post-synthetic modification of metal-organic frameworks toward applications.</a> Advanced Functional Materials. 31 (4), 2006291 (2021).</li><li>Wang, Z., Cohen, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Postsynthetic+modification+of+metal-organic+frameworks.">Postsynthetic modification of metal-organic frameworks.</a> Chemical Society Reviews. 38 (5), 1315-1329 (2009).</li><li>Tanabe, K. K., Cohen, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Postsynthetic+modification+of+metal-organic+frameworks-a+progress+report.">Postsynthetic modification of metal-organic frameworks-a progress report.</a> Chemical Society Reviews. 40 (2), 498-519 (2011).</li><li>Cohen, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Postsynthetic+methods+for+the+functionalization+of+metal-organic+frameworks.">Postsynthetic methods for the functionalization of metal-organic frameworks.</a> Chemical Reviews. 112 (2), 970-1000 (2012).</li><li>Wang, Z., Cohen, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Postsynthetic+covalent+modification+of+a+neutral+metal&#8722;organic+framework.">Postsynthetic covalent modification of a neutral metal&#8722;organic framework.</a> Journal of the American Chemical Society. 129 (41), 12368-12369 (2007).</li><li>Garibay, S. J., Cohen, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Isoreticular+synthesis+and+modification+of+frameworks+with+the+UiO-66+topology.">Isoreticular synthesis and modification of frameworks with the UiO-66 topology.</a> Chemical Communications. 46 (41), 7700-7702 (2010).</li><li>Kim, M., Cahill, J. F., Fei, H., Prather, K. A., Cohen, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Postsynthetic+ligand+and+cation+exchange+in+robust+metal-organic+frameworks.">Postsynthetic ligand and cation exchange in robust metal-organic frameworks.</a> Journal of the American Chemical Society. 134 (43), 18082-18088 (2012).</li><li>Kim, M., Cahill, J. F., Su, Y., Prather, K. A., Cohen, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Postsynthetic+ligand+exchange+as+a+route+to+functionalization+of+'inert'+metal-organic+frameworks.">Postsynthetic ligand exchange as a route to functionalization of 'inert' metal-organic frameworks.</a> Chemical Science. 3 (1), 126-130 (2012).</li><li>Taddei, M., Wakeham, R. J., Koutsianos, A., Andreoli, E., Barron, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Post-synthetic+ligand+exchange+in+zirconium-based+metal-organic+frameworks:+beware+of+the+defects.">Post-synthetic ligand exchange in zirconium-based metal-organic frameworks: beware of the defects.</a> Angewandte Chemie International Edition. 57 (36), 11706-11710 (2018).</li><li>Park, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Defect+engineering+into+metal-organic+frameworks+for+the+rapid+and+sequential+installation+of+functionalities.">Defect engineering into metal-organic frameworks for the rapid and sequential installation of functionalities.</a> Inorganic Chemistry. 57 (3), 1040-1047 (2018).</li><li>Kim, S., Lee, J., Jeoung, S., Moon, H. R., Kim, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface-deactivated+core-shell+metal-organic+framework+by+simple+ligand+exchange+for+enhanced+size+discrimination+in+aerobic+oxidation+of+alcohols.">Surface-deactivated core-shell metal-organic framework by simple ligand exchange for enhanced size discrimination in aerobic oxidation of alcohols.</a> Chemistry-A European Journal. 26 (34), 7568-7572 (2020).</li><li>Lee, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pore+engineering+of+covalently+connected+metal-organic+framework+nanoparticle-mixed-matrix+membrane+composites+for+molecular+separation.">Pore engineering of covalently connected metal-organic framework nanoparticle-mixed-matrix membrane composites for molecular separation.</a> ACS Applied Nano Materials. 3 (9), 9356-9362 (2020).</li><li>Karagiaridi, O., Bury, W., Mondloch, J. E., Hupp, J. T., Farha, O. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Solvent-assisted+linker+exchange:+an+alternative+to+the+de+synthesis+of+unattainable+metal-organic+frameworks.">Solvent-assisted linker exchange: an alternative to the de synthesis of unattainable metal-organic frameworks.</a> Angewandte Chemie International Edition. 53 (18), 4530-4540 (2014).</li><li>Yu, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+solvent-assisted+ligand+exchange+approach+enables+metal-organic+frameworks+with+diverse+and+complex+architectures.">A solvent-assisted ligand exchange approach enables metal-organic frameworks with diverse and complex architectures.</a> Nature Communications. 11, 927 (2020).</li><li>Lee, S. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+of+ultra-thin+nanosheet+bimetallic+NiCo+MOF+with+binary+ligand+via+solvent-assisted+ligand+exchange+(SALE)+reaction+for+high+performance+supercapacitors.">Design of ultra-thin nanosheet bimetallic NiCo MOF with binary ligand via solvent-assisted ligand exchange (SALE) reaction for high performance supercapacitors.</a> Electrochimica Acta. 451, 142291 (2023).</li><li>Liao, W. -. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Post-synthetic+exchange+(PSE)+of+UiO-67+frameworks+with+Ru/Rh+half-sandwich+units+for+visible-light-driven+H2+evolution+and+CO2+reduction.">Post-synthetic exchange (PSE) of UiO-67 frameworks with Ru/Rh half-sandwich units for visible-light-driven H2 evolution and CO2 reduction.</a> Journal of Materials Chemistry A. 6 (24), 11337-11345 (2018).</li><li>Islamoglu, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Postsynthetic+tuning+of+metal-organic+frameworks+for+targeted+applications.">Postsynthetic tuning of metal-organic frameworks for targeted applications.</a> Accounts of Chemical Research. 50 (4), 805-813 (2017).</li><li>Lee, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Strategies+in+metal-organic+framework-based+catalysts+for+the+aerobic+oxidation+of+alcohols+and+recent+progress.">Strategies in metal-organic framework-based catalysts for the aerobic oxidation of alcohols and recent progress.</a> Bulletin of the Korean Chemical Society. 42 (3), 359-368 (2021).</li><li>Kalaj, M., Prosser, K. E., Cohen, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Room+temperature+aqueous+synthesis+of+UiO-66+derivatives+via+postsynthetic+exchange.">Room temperature aqueous synthesis of UiO-66 derivatives via postsynthetic exchange.</a> Dalton Transactions. 49 (26), 8841-8845 (2020).</li><li>Deria, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Beyond+post-synthesis+modification:+evolution+of+metal-organic+frameworks+via+building+block+replacement.">Beyond post-synthesis modification: evolution of metal-organic frameworks via building block replacement.</a> Chemical Society Reviews. 43 (16), 5896-5912 (2014).</li><li>Han, Y., Li, J. -. R., Xie, Y., Guo, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Substitution+reactions+in+metal-organic+frameworks+and+metal-organic+polyhedral.">Substitution reactions in metal-organic frameworks and metal-organic polyhedral.</a> Chemical Society Reviews. 43 (16), 5952-5981 (2014).</li><li>Xu, M. -. M., Chen, Q., Xie, L. -. H., Li, J. -. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Exchange+reactions+in+metal-organic+frameworks:+New+advances.">Exchange reactions in metal-organic frameworks: New advances.</a> Coordination Chemistry Reviews. 421, 213421 (2020).</li><li>Lee, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Uncoordinated+tetrazole+ligands+in+metal-organic+frameworks+for+proton-conductivity+studies.">Uncoordinated tetrazole ligands in metal-organic frameworks for proton-conductivity studies.</a> Bulletin of the Korean Chemical Society. 43 (7), 912-917 (2022).</li><li>Han, B. -. X., Jiang, Y. -. F., Sun, X. -. R., Li, Z. -. F., Li, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Proton+conductive+N-heterocyclic+metal-organic+frameworks.">Proton conductive N-heterocyclic metal-organic frameworks.</a> Coordination Chemistry Reviews. 432, 213754 (2021).</li><li>Han, Z., Zhao, Y., Peng, J., G&#243;mez-Garc&#237;a, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Unusual+oxidation+of+an+N-heterocycle+ligand+in+a+metal&#8722;organic+framework.">Unusual oxidation of an N-heterocycle ligand in a metal&#8722;organic framework.</a> Inorganic Chemistry. 46 (14), 5453-5455 (2007).</li><li>Wu, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Linker+engineering+toward+full-color+emission+of+UiO-68+type+metal-organic+frameworks.">Linker engineering toward full-color emission of UiO-68 type metal-organic frameworks.</a> Journal of the American Chemical Society. 143 (28), 10547-10552 (2021).</li><li>Hamzah, H. 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D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Post-synthetic+modification+of+zirconium+metal-organic+frameworks+by+catalyst-free+aza-Michael+additions.">Post-synthetic modification of zirconium metal-organic frameworks by catalyst-free aza-Michael additions.</a> Dalton Transactions. 47 (41), 14491-14496 (2018).</li></ol>

著者は開示するものは何もありません。

ZrベースのUiO-66 MOFに対する官能化されたBDCリガンドを用いたPSEプロセスは、化学タグを有するMOFを得るための簡単で汎用性の高い方法です。PSEプロセスは水性媒体中で最もよく実施され、水性媒体中でリガンドを溶媒和する最初の工程を必要とする。官能基を有する合成済みBDCを使用する場合は、4%KOH水溶液などの塩基性溶媒に直接溶解することをお勧めします。あるいは、ベンゼン−1,4−?...

金属有機構造体(MOF)は、金属クラスターと多トピック有機配位子間の配位結合によって形成される3次元多孔質材料です。MOFは、永久的な多孔性、低密度、および多様なアプリケーションを可能にする有機成分と無機成分を会合する能力により、大きな注目を集めています1,2。さらに、幅広い金属ノードとストラット有機リンカーは、理論的に無制限の構造の組み合わせをMOFに提供します。同一のフレームワーク構造であっても、MOFの物理的および化学的特性は、化学タグによる配位子の官能基化によって変更することができます。この変更プロセスは、特定のアプリケーション3、4、5、6、7、8、9に合わせてMOFの特性を調整するための有望なルートを提供します。
MOFリガンド10,11に官能基を導入および/または修飾するために、MOF合成前のリガンドの事前官能化とMOFの合成後修飾(PSM)の両方が採用されています。特に、共有結合PSMは、新しい官能基を導入し、多様な官能基を持つさまざまなMOFを生成するために広く研究されています12、13、14。例えば、UiO-66-NH2は、適切なハロゲン化アシル(塩化アセチルやn-ヘキサノイルクロリドなど)とのアシル化反応により、鎖長の異なるアミド官能化UiO-66-AM(最短のアセトアミドから最長のn-ヘキシルアミドまで)に変換できます15,16。このアプローチは、特定の官能基をMOFリガンドに導入する共有結合性PSMの汎用性を実証し、幅広いアプリケーションへの道を開きます。
共有結合PSMに加えて、合成後リガンド交換(PSE)はMOFを修飾するための有望な戦略です(図1)。MOFは金属と配位子(カルボン酸塩など)の間の配位結合で構成されているため、これらの配位結合は溶液から外部配位子に置き換えることができます。化学タグを有する所望のリガンドを含む溶液にMOFを曝露することは、PSE 17、18、19、20、21、22を介してMOFに組み込むことができる。PSEプロセスは配位溶媒の存在によって加速されるため、この現象は溶媒支援配位子交換(SALE)とも呼ばれます23,24。このアプローチは、広範囲の外部リガンドを有するMOFを機能化するための柔軟で容易な方法を提供し、幅広い用途を可能にする25、26、27、28、29。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65619/65619fig01.jpg"> 図1:トリアゾールおよびテトラゾール官能化H2BDC配位子の合成、およびPSEを介したトリアゾール官能化およびテトラゾール官能化UiO-66 MOFの調製。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65619/65619fig01large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
PSEプロセスの進行は、配位子比率、交換温度、および時間を調整することによって制御することができる。特に、室温PSEは、溶液からMOF固体20に配位子を交換することによって官能化されたMOFを得るために使用することができる。PSE戦略は、熱的に不安定な官能基(アジド基など)と配位性官能基(フェノール基など)の両方をMOF構造18に導入するのに特に有用である。さらに、PSE戦略は、金属および配位結合のバリエーションを持つさまざまなMOFに適用されています。この交換は、MOF30,31,32の化学における普遍的なプロセスです。本研究では、PSEが手付かずの非機能化MOFから機能化されたMOFを取得するための詳細なプロトコルを提示し、MOFの機能化の成功を確認するための特性評価戦略を提供します。この方法は、多様な官能基を持つMOFを変更するためのPSEの汎用性と利便性を示しています。
テトラゾール含有ベンゼン-1,4-ジカルボン酸(H2 BDC-テトラゾール)33、およびトリアゾール含有ベンゼン-1,4-ジカルボン酸(H2BDC-トリアゾール)を標的配位子として合成し、UiO-66 MOFのPSEに利用して、新規で配位のないトリアゾール含有MOFを取得します。トリアゾールとテトラゾールはどちらも複素環上に酸性N-Hプロトンを有し、金属カチオンと配位できるため、MOFの構築に使用できます34,35。しかし、配位のないテトラゾールやトリアゾールをMOFや関連構造に組み込むことに関する研究は限られています。トリアゾール官能化Zr-MOFの場合,ベンゾトリアゾール官能基を有する直接ソルボサーマル合成によるUiO-68型MOFの光物性を調べた36.テトラゾール官能化Zr-MOFについては、混合直接合成法を採用した33。これらの複素環官能化MOFは、触媒作用、結合親和性による選択的分子取り込み、および燃料電池におけるプロトン伝導などのエネルギー関連アプリケーションのために、MOF細孔内の潜在的な配位部位を提供する可能性があります。

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>2-Bromoterephthalic acid</td>
			<td>BLD Pharm</td>
			<td>BD5695</td>
			<td>reagent for BDC-Triazole</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Azidotrimethylsilane</td>
			<td>Simga Aldrich</td>
			<td>155071</td>
			<td>reagent for BDC-Triazole</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bis(triphenylphosphine)palladium(II) dichloride</td>
			<td>TCI</td>
			<td>B1667</td>
			<td>reagent for BDC-Triazole</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Copper(I) cyanide</td>
			<td>Alfa-Aesar</td>
			<td>12135</td>
			<td>reagent for BDC-Tetrazole</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Copper(I) iodide</td>
			<td>Acros organics</td>
			<td>20150</td>
			<td>reagent for BDC-Triazole</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digital Orbital Shaker</td>
			<td>Daihan Scientific</td>
			<td>SHO-1D</td>
			<td>PSE</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Formic Acid</td>
			<td>Daejung chemical</td>
			<td>F0195</td>
			<td>reagent for BDC-Tetrazole</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hybrid LC/Q-TOF system</td>
			<td>Bruker BioSciences</td>
			<td>maXis 4G</td>
			<td>HR-MS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lithum hydroxide monohydrate</td>
			<td>Daejung chemical</td>
			<td>5087-4405</td>
			<td>reagent for BDC-Triazole</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnesium sulfate</td>
			<td>Samchun chemical</td>
			<td>M1807</td>
			<td>reagent for BDC-Triazole</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methyl alcohol</td>
			<td>Daejung chemical</td>
			<td>M0584</td>
			<td>reagent for BDC-Tetrazole</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N,N-Dimethylformamide</td>
			<td>Daejung chemical</td>
			<td>D0552</td>
			<td>reagent for BDC-Tetrazole</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nuclear Magnetic Resonance Spectrometer-500 MHz</td>
			<td>Bruker</td>
			<td>AVANCE 500MHz</td>
			<td>NMR</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polypropylene cap (22 mm, Cork-Backed Foil Lined)</td>
			<td>Sungho Korea</td>
			<td>22-200</td>
			<td>material for digestion</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium cyanide</td>
			<td>Alfa-Aesar</td>
			<td>L13273</td>
			<td>reagent for BDC-Tetrazole</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PVDF Synringe filter (13 mm, 0.45 &#181;m)</td>
			<td>LK Lab Korea</td>
			<td>F14-61-363</td>
			<td>material for digestion</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scintillation vial (20 mL, borosilicate glass)</td>
			<td>Sungho Korea</td>
			<td>74504-20</td>
			<td>material for digestion</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium azide&#160;</td>
			<td>TCI</td>
			<td>S0489</td>
			<td>reagent for BDC-Tetrazole</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium bicarbonate</td>
			<td>Samchun chemical</td>
			<td>S0343</td>
			<td>reagent for BDC-Triazole</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tetrabutylammonium fluoride (1 M THF solution)</td>
			<td>Acros organics</td>
			<td>20195</td>
			<td>reagent for BDC-Triazole</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Triethylamine</td>
			<td>TCI</td>
			<td>T0424</td>
			<td>reagent for BDC-Triazole</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Triethylamine hydrochloride</td>
			<td>Daejung chemical</td>
			<td>8628-4405</td>
			<td>reagent for BDC-Tetrazole</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trimethylsilyl-acetylene</td>
			<td>Alfa-Aesar</td>
			<td>A12856</td>
			<td>reagent for BDC-Triazole</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Triphenylphosphine</td>
			<td>TCI</td>
			<td>T0519</td>
			<td>reagent for BDC-Triazole</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>X RAY DIFFRACTOMETER SYSTEM</td>
			<td>Rigaku</td>
			<td>MiniFlex 600</td>
			<td>PXRD</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Zirconium(IV) chloride</td>
			<td>Alfa-Aesar</td>
			<td>12104</td>
			<td>reagent for BDC-Tetrazole</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

synthesis of triazole and tetrazole-functionalized zr-based metal-organic frameworks through post-synthetic ligand exchange

金属有機フレームワーク(MOF)は、金属クラスターと有機配位子の間の配位結合によって形成される多孔質材料の一種です。それらの配位性の性質を考えると、有機リガンドとストラットフレームワークはMOFから容易に除去され、および/または他の配位分子と交換することができます。MOF含有溶液に標的リガンドを導入することにより、合成後リガンド交換(PSE)と呼ばれるプロセス を介して 、新しい化学タグを持つ官能化されたMOFを得ることができます。PSEは、固溶平衡プロセス を介して 新しい化学タグを持つ幅広いMOFの調製を可能にする、簡単で実用的なアプローチです。さらに、PSEは室温で実施できるため、熱的に不安定な配位子をMOFに組み込むことができます。本研究では、複素環式トリアゾールおよびテトラゾール含有配位子を用いてZr系MOF(UiO-66;UiO = オスロ大学)。消化後、官能化されたMOFは、粉末X線回折や核磁気共鳴分光法などのさまざまな技術 によって 特徴付けられます。

Metal-organic frameworks (MOFs) are three-dimensional porous materials that are formed through coordination bonds between metal clusters and multi-topic organic ligands. MOFs have garnered significant attention due to their permanent porosity, low density, and ability to associate organic and inorganic components, which enables diverse applications1,2. Moreover, the vast range of metal nodes and strut organic linkers offer MOFs theoretically unlimited structural combinations. Even with identical framework structures, MOFs&#39; physical and chemical properties can be modified through ligand functionalization with chemical tags. This modification process offers a promising route to tailor the properties of MOFs for specific applications3,4,5,6,7,8,9.
Both the pre-functionalization of ligands prior to MOF synthesis and post-synthetic modification (PSM) of MOFs have been employed to introduce and/or modify functional groups in MOF ligands10,11. In particular, covalent PSMs have been extensively studied to introduce new functional groups and generate a range of MOFs with diverse functionalities12,13,14. For instance, UiO-66-NH2 can be converted to amide-functionalized UiO-66-AMs with different chain lengths (ranging from the shortest acetamide to the longest n-hexyl amide) through acylation reactions with appropriate acyl halides (such as acetyl chloride or n-hexanoyl chloride)15,16. This approach demonstrates the versatility of covalent PSMs to introduce specific functional groups onto MOF ligands, paving the way for a broad range of applications.
In addition to covalent PSMs, post-synthetic ligand exchange (PSE) is a promising strategy for modifying MOFs (Figure 1). Since MOFs are composed of coordination bonds between metals and ligands (such as carboxylates), these coordination bonds can be replaced with external ligands from a solution. Exposing MOFs to a solution containing the desired ligand with chemical tags can be incorporated into the MOFs via PSE17,18,19,20,21,22. Since the PSE process is accelerated by the existence of coordinative solvents, the phenomenon is also called solvent-assisted ligand exchange (SALE)23,24. This approach offers a flexible and facile method for functionalizing MOFs with a wide range of external ligands, enabling a broad spectrum of applications25,26,27,28,29.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65619/65619fig01.jpg" /> 
Figure 1: Synthesis of triazole and tetrazole-functionalized H2BDC ligands and preparation of triazole- and tetrazole-functionalized UiO-66 MOF through PSE. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65619/65619fig01large.jpg" target="_blank">Please click here to view a larger version of this figure.</a>
The progress of the PSE process can be controlled by adjusting the ligand ratio, exchange temperature, and time. Notably, room temperature PSE can be employed to obtain functionalized MOFs by exchanging ligands from a solution into MOF solids20. The PSE strategy is particularly useful for introducing both thermally unstable functional groups (such as azido groups) and coordinative functional groups (such as phenol groups) into MOF structures18. In addition, the PSE strategy has been applied to various MOFs with metal and coordination bond variations. This exchange is a universal process in the chemistry of MOFs30,31,32. In this study, we present a detailed protocol for PSE to obtain functionalized MOFs from pristine, non-functionalized MOFs, and we provide a characterization strategy to confirm successful functionalization of the MOFs. This method demonstrates the versatility and convenience of PSE for modifying MOFs with diverse functional groups.
Tetrazole-containing benzene-1,4-dicarboxylic acid (H2BDC-Tetrazole)33, and triazole-containing benzene-1,4-dicarboxylic acid (H2BDC-Triazole) are synthesized as target ligands and utilized in the PSE of UiO-66 MOFs to obtain novel, coordination-free, triazole-containing MOFs. Both triazoles and tetrazoles possess acidic N-H protons on their heterocyclic rings and can coordinate with metal cations, thus enabling their use in constructing MOFs34,35. However, there are limited studies on incorporating coordination-free tetrazoles and triazoles into MOFs and related structures. In case of triazole-functionalized Zr-MOFs, UiO-68 type MOFs were investigated to photophysical properties through direct solvothermal synthesis with benzotriazole functionalities36. For tetrazole-functionalized Zr-MOFs, the mixed direct synthesis was employed33. These heterocycle-functionalized MOFs could provide potential coordinating sites in MOF pores for catalysis, selective molecular uptake by binding affinity, and energy-related applications, such as proton conduction in fuel cells.

著者スポットライト:Functionalizing Metal-Organic Frameworks: Advancements, Challenges, and the Power of Post-Synthetic Ligand Exchange 

合成後配位子交換によるトリアゾールおよびテトラゾール官能化Zr系金属有機構造体の合成

Our main research topic is functionalizing the porous metal-organic frameworks, MOFs, with interesting functional groups through various techniques. This study is focused on heterocycle installation in MOFs. PSE, post-synthetic ligand exchange is the main technique in this work.The ligand with target functional group could be installed in presynthesized MOFS throughout the solid-solution exchange process. Especially, some of the unstable ligands and ligands with coordinating groups could be efficiently incorporated into MOFs through the PSE techniques. Both triazole and tetrazole functional groups have multiple coordinating nitrogen grooves.Therefore, there is competition for coordination between metal carboxylate and metal triazolate or tetrazolate. The incorporation ratio of target ligands is easily controlled in the PSE process and multiple targets could be installed in a single MOF through this approach.

交換されたUiO-66 MOF、UiO-66-トリアゾール、およびUiO-66-テトラゾールの合成に成功し、無色の微結晶固体を生成しました。H2BDC−トリアゾールおよびH2BDC−テトラゾール配位子の両方も無色の固体状態を示した。交換の成功を判断するために使用された標準的な方法では、PXRDパターンを測定し、サンプルの結晶化度を元のUiO-66 MOFと比較しました。図2は、?...

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合成後配位子交換(PSE)は、官能基を有機金属フレームワーク(MOF)にインストールするための汎用性の高い強力なツールです。トリアゾールおよびテトラゾール官能配位子を含む溶液にMOFを曝露すると、PSEプロセスを介してこれらの複素環部分をZr-MOFに組み込むことができます。

Metal-organic frameworks (MOFs) are a class of porous materials that are formed through coordination bonds between metal clusters and organic ligands. ...

私たちの主な研究テーマは、興味深い官能基を持つ多孔質金属有機構造体(MOF)を様々な手法で機能化することです。本研究では、MOFにおける複素環の搭載に着目した。PSE、合成後の配位子交換は、この研究の主な技術です。標的官能基を有するリガンドは、固溶体交換プロセス全体を通して、合成前のMOFSにインストールすることができます。特に、不安定な配位子や配位性基を持つ配位子のいくつかは、PSE技術によってMOFに効率的に取り込むことができました。トリアゾール官能基とテトラゾール官能基の両方に、複数の配位窒素溝があります。したがって、金属カルボン酸塩と金属トリアゾレートまたはテトラゾレートとの間の配位については競合がある。ターゲットリガンドの取り込み比率はPSEプロセスで簡単に制御でき、このアプローチにより1つのMOFに複数のターゲットを取り付けることができます。

synthesis-triazole-tetrazole-functionalized-zr-based-metal-organic

Research

JoVE Journal

Chemistry

Synthesis of Triazole and Tetrazole-Functionalized Zr-Based Metal-Organic Frameworks Through Post-Synthetic Ligand Exchange

1.8K ビュー.  Chungbuk National University. 私たちの主な研究テーマは、興味深い官能基を持つ多孔質金属有機構造体(MOF)を様々な手法で機能化することです。本研究では、MOFにおける複素環の搭載に着目した。PSE、合成後の配位子交換は、この研究の主な技術です。標的官能基を有するリガンドは、固溶体交換プロセス全体を通して、合成前のMOFSにインストールすることができます。特に、不安定な配位子?...

ビデオ: 著者スポットライト:Functionalizing Metal-Organic Frameworks: Advancements, Challenges, and the Power of Post-Synthetic Ligand Exchange 

Metal-organic frameworks (MOFs) are a class of porous materials that are formed through coordination bonds between metal clusters and organic ligands. Given their coordinative nature, the organic ligands and strut framework can be readily removed from the MOF and/or exchanged with other coordinative molecules. By introducing target ligands to MOF-containing solutions, functionalized MOFs can be obtained with new chemical tags via a process called post-synthetic ligand exchange (PSE). PSE is a straightforward and practical approach that enables the preparation of a wide range of MOFs with new chemical tags via a solid-solution equilibrium process. Furthermore, PSE can be performed at room temperature, allowing the incorporation of thermally unstable ligands into MOFs. In this work, we demonstrate the practicality of PSE by using heterocyclic triazole- and tetrazole-containing ligands to functionalize a Zr-based MOF (UiO-66; UiO = University of Oslo). After digestion, the functionalized MOFs are characterized via various techniques, including powder X-ray diffraction and nuclear magnetic resonance spectroscopy.

Post-synthetic ligand exchange (PSE) is a versatile and powerful tool for installing functional groups into metal-organic frameworks (MOFs). Exposing MOFs to solutions containing triazole- and tetrazole-functionalized ligands can incorporate these heterocyclic moieties into Zr-MOFs through PSE processes.

化学

Setting up the Post-synthetic Ligand Exchange (PSE) Process, Exchanged MOF Isolation and Washing Process

Begin by measuring 23.3 milligrams of H2BDC triazole and place it into the scintillation vial. To dissolve the H2BDC ligand in the aqueous solution, transfer 1.0 milliliters of the 4%potassium hydroxide solution into the vial using a glass pipette. Next, sonicate the mixture until all solids completely dissolve.Add one molar hydrochloric acid solution into the decarboxylate-containing vial and stir until a pH of 7 is reached. Add 33 milligrams of UiO-66 MOF to the scintillation vial. Then incubate the vial with the MOF and ligand at room temperature and 120 RPM in a shaker for 24 hours.Next, isolate the solid MOF from the mixture by centrifugation at 1166g for five minutes. at room temperature. Add 10 milliliters of fresh methanol to the obtained solid MOF and shake the vial, creating a heterogeneous mixture to dissolve any remaining unchanged BDC ligands.Isolate the solid once again by centrifuging the mixture at 1166g for five minutes at room temperature and dry it.

合成後配位子交換(PSE)プロセスのセットアップ、交換MOF分離および洗浄プロセス

Characterization of the MOF by Powder X-Ray Diffraction (PXRD) and Nuclear Magnetic Resonance (NMR) After Digestion

Transfer approximately 10 milligrams of the MOF solid exchanged with UiO-66-Triazole to a powder X-ray diffraction sample holder. Place the sample holder in the diffractometer, and collect the powder X-ray diffraction pattern. To begin NMR characterization, transfer around 30 milligrams of the exchanged MOF solid to a fresh four milliliter vial.Then move 400 microliters of DMSO-d6 to the MOF sample using a micro pipette. Transfer 200 microliters of 4.14 molar ammonium fluoride deuterium oxide solution to a DMSO-d6 suspension of MOF powder using a micro pipette. Sonicate the heterogeneous mixture for 30 minutes until the MOF is dissolved in the dimethyl sulfoxide deuterium oxide mixed solvent after digestion.Once done, remove any remaining insoluble solids by filtering the solution through a polyvinylidene difluoride syringe filter while transferring it from the four milliliter vial to a nuclear magnetic resonance tube. To determine the success of the exchange, powder X-ray diffraction patterns were measured and compared to pristine UiO-66 MOF for crystallinity. The position of reflection peaks, relative intensity, and broadness in the powder X-ray diffraction patterns of exchanged UiO-66-Triazole and UiO-66-Tetrazole matched with pristine UiO-66 MOFs, indicating that the ligand exchange did not impact the framework structure.The exchange ratios were determined by comparing the integration of nonfunctionalized BDC and BDC-Triazole or BDC-Tetrazole. The exchange ratios for Triazole and Tetrazole were found to be 33%and 30%respectively from post synthetic ligand exchange analysis.