定向设计和构筑具有目标结构的晶态材料是配位化学和晶体工程领域的一项挑战,其主要原因是缺乏具有特定几何配位构型的建筑模块。框架化学(Reticular chemistry)的概念是由美国Michael O’Keeffe教授和Omar M. Yaghi教授提出,结合网络拓扑学的理念,用于预测和构筑金属有机框架(MOFs)材料。同时,该方法也适用于分子金属有机多面体(MOPs)的组装。
最近,东北师范大学的苏忠民和王新龙教授课题组通过框架化学理论预测指导,成功合成出一系列与预测模型完全一致的金属有机多面体。框架化学理论预测表明,在八面体到二十面体之间,有且仅有四个具有最小传递性的多面体。八面体中含有6个四配位顶点,二十面体中含有12个五配位顶点,因此,中间的多面体必须含有四、五两种配位顶点。受到经典碳硼烷结构的启发,结合网格化学的预测,这一系列多面体中四配位和五配位顶点的数量需要满足(6:0)、(5:2)、(4:4)、(3:6)、(2:8)、(0:12)这样的规律。虽然这样的理论预测合理,但是在实际多面体构建过程中,想要得到这样系列的多面体是十分困难的。该课题组结合前期在多酸基MOPs的研究基础(J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 17365; Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, 780),利用{V5Cl}和{MV5}两种具有特定构型的多酸分子建筑块,成功实现了这一系列MOPs的定向设计和构建。作者表示,这是首次将框架化学预测和实验合成相结合,用于设计合成MOPs的报道,推动了框架化学在预测和设计MOPs领域的应用。
这一成果“From Octahedral to Icosahedral Metal–Organic Polyhedra Assembled from Two Types of Polyoxovanadate Clusters”发表于近期的Angew. Chem. Int. Ed.上(DOI: 10.1002/anie.201900519),并被选为Hot Paper。