Name: גילוי וסינתזה אופטימיזציה של תרכובות מסגרת מתכת-אורגניות מבוססות פוספונטים Isoreticular Al(III) באמצעות שיטות תפוקה גבוהה (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-10-06T14:20:00.000+00:00
Duration: 7 min 20 s
Description: למד סינתזה בקנה מידה גבוה של מסגרות מתכת-אורגניות MOFs באמצעות מערכות ריאקטור מתקדמות. שיטה זו מאיצה גילוי חומרים נקבוביים ומשפרת שחזוריות ניסויים בכימיה.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

העבודה נתמכה על ידי האוניברסיטה הנוצרית-אלברכטס, מדינת שלזוויג-הולשטיין וה-Deutsche Forschungsgemeinschaft (במיוחד STO-643/2, STO-643/5 ו-STO-643/10).
נורברט סטוק רוצה להודות לתלמידי B.Sc, M.Sc והדוקטורט, כמו גם לשותפים לשיתוף הפעולה שביצעו פרויקטים מעניינים רבים תוך שימוש במתודולוגיית התפוקה הגבוהה, ובמיוחד לפרופ' ביין מאוניברסיטת לודוויג-מקסימיליאן במינכן, שמילא תפקיד מרכזי בפיתוח הכורים.

סינתזה וגילוי של MOFs מבוססי פוספונטים: גישה Solvothermal

<ol><li>Kaskel, S. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aKaskel%2C+S+%22The+Chemistry+of+Metal-Organic+Frameworks%3A+Synthesis%2C+Characterization%2C+and+Applications%22">The Chemistry of Metal-Organic Frameworks: Synthesis, Characterization, and Applications</a>. , Wiley-VCH. Weinheim. (2016).</li>
<li>Ding, M., Cai, X., Jiang, H. -L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improving+MOF+stability%3A+approaches+and+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Science%22%5BJournal%5D)">Improving MOF stability: approaches and applications.</a> Chemical Science. 10 (44), 10209-10230 (2019).</li>
<li>Stock, N., Biswas, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+of+metal-organic+frameworks+%28MOFs%29%3A+routes+to+various+MOF+topologies%2C+morphologies%2C+and+composites%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Reviews%22%5BJournal%5D)">Synthesis of metal-organic frameworks (MOFs): routes to various MOF topologies, morphologies, and composites.</a> Chemical Reviews. 112 (2), 933-969 (2012).</li>
<li>Shimizu, G. K. H., Vaidhyanathan, R., Taylor, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Phosphonate+and+sulfonate+metal+organic+frameworks%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Society+Reviews%22%5BJournal%5D)">Phosphonate and sulfonate metal organic frameworks.</a> Chemical Society Reviews. 38 (5), 1430-1449 (2009).</li>
<li>Yuan, S., Qin, J. -S., Lollar, C. T., Zhou, H. -C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stable+metal-organic+frameworks+with+group+4+metals%3A+current+status+and+trends%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Central+Science%22%5BJournal%5D)">Stable metal-organic frameworks with group 4 metals: current status and trends.</a> ACS Central Science. 4 (4), 440-450 (2018).</li>
<li>Devic, T., Serre, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High+valence+3p+and+transition+metal+based+MOFs%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Society+Reviews%22%5BJournal%5D)">High valence 3p and transition metal based MOFs.</a> Chemical Society Reviews. 43 (16), 6097-6115 (2014).</li>
<li>Rhauderwiek, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Highly+stable+and+porous+porphyrin-based+zirconium+and+hafnium+phosphonates-electron+crystallography+as+an+important+tool+for+structure+elucidation%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Science%22%5BJournal%5D)">Highly stable and porous porphyrin-based zirconium and hafnium phosphonates-electron crystallography as an important tool for structure elucidation.</a> Chemical Science. 9 (24), 5467-5478 (2018).</li>
<li>Steinke, F., Otto, T., Ito, S., Wöhlbrandt, S., Stock, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Isostructural+family+of+rare-earth+MOFs+synthesized+from+1%2C1%2C2%2C2-Tetrakis%284-phosphonophenyl%29ethylene%5BTitle%5D)+AND+%22European+Journal+of+Inorganic+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Isostructural family of rare-earth MOFs synthesized from 1,1,2,2-Tetrakis(4-phosphonophenyl)ethylene.</a> European Journal of Inorganic Chemistry. 2022 (34), 2022005562(2022).</li>
<li>Zhu, Y. -P., Ma, T. -Y., Liu, Y. -L., Ren, T. -Z., Yuan, Z. -Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Metal+phosphonate+hybrid+materials%3A+from+densely+layered+to+hierarchically+nanoporous+structures%5BTitle%5D)+AND+%22Inorganic+Chemistry+Frontiers%22%5BJournal%5D)">Metal phosphonate hybrid materials: from densely layered to hierarchically nanoporous structures.</a> Inorganic Chemistry Frontiers. 1 (5), 360-383 (2014).</li>
<li>Glavinović, M., Perras, J. H., Gelfand, B. S., Lin, J. -B., Shimizu, G. K. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Orthogonalization+of+polyaryl+linkers+as+a+route+to+more+porous+phosphonate+metal-organic+frameworks%5BTitle%5D)+AND+%22Chemistry%22%5BJournal%5D)">Orthogonalization of polyaryl linkers as a route to more porous phosphonate metal-organic frameworks.</a> Chemistry. 28 (31), 202200874(2022).</li>
<li>Yücesan, G., Zorlu, Y., Stricker, M., Beckmann, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Metal-organic+solids+derived+from+arylphosphonic+acids%5BTitle%5D)+AND+%22Coordination+Chemistry+Reviews%22%5BJournal%5D)">Metal-organic solids derived from arylphosphonic acids.</a> Coordination Chemistry Reviews. 369, 105-122 (2018).</li>
<li>Wharmby, M. T., Mowat, J. P. S., Thompson, S. P., Wright, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Extending+the+pore+size+of+crystalline+metal+phosphonates+toward+the+mesoporous+regime+by+isoreticular+synthesis%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Extending the pore size of crystalline metal phosphonates toward the mesoporous regime by isoreticular synthesis.</a> Journal of the American Chemical Society. 133 (5), 1266-1269 (2011).</li>
<li>Zheng, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Overcoming+the+crystallization+and+designability+issues+in+the+ultrastable+zirconium+phosphonate+framework+system%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Overcoming the crystallization and designability issues in the ultrastable zirconium phosphonate framework system.</a> Nature Communications. 8, 15369(2017).</li>
<li>Dines, M. B., Cooksey, R. E., Griffith, P. C., Lane, R. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mixed-component+layered+tetravalent+metal+phosphonates%2Fphosphates+as+precursors+for+microporous+materials%5BTitle%5D)+AND+%22Inorganic+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Mixed-component layered tetravalent metal phosphonates/phosphates as precursors for microporous materials.</a> Inorganic Chemistry. 22 (6), 1003-1004 (1983).</li>
<li>Hermer, N., Reinsch, H., Mayer, P., Stock, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+and+characterisation+of+the+porous+zinc+phosphonate+%5BZn2%28H2PPB%29%28H2O%292%5D%C2%B7xH2O%5BTitle%5D)+AND+%22CrystEngComm%22%5BJournal%5D)">Synthesis and characterisation of the porous zinc phosphonate [Zn2(H2PPB)(H2O)2]·xH2O.</a> CrystEngComm. 18 (42), 8147-8150 (2016).</li>
<li>Rhauderwiek, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Crystalline+and+permanently+porous+porphyrin-based+metal+tetraphosphonates%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Communications%22%5BJournal%5D)">Crystalline and permanently porous porphyrin-based metal tetraphosphonates.</a> Chemical Communications. 54 (4), 389-392 (2018).</li>
<li>Steinke, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+and+structure+evolution+in+metal+carbazole+diphosphonates+followed+by+electron+diffraction%5BTitle%5D)+AND+%22Inorganic+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Synthesis and structure evolution in metal carbazole diphosphonates followed by electron diffraction.</a> Inorganic Chemistry. 62 (1), 35-42 (2023).</li>
<li>Taddei, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+first+route+to+highly+stable+crystalline+microporous+zirconium+phosphonate+metal-organic+frameworks%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Communications%22%5BJournal%5D)">The first route to highly stable crystalline microporous zirconium phosphonate metal-organic frameworks.</a> Chemical Communications. 50 (94), 14831-14834 (2014).</li>
<li>Stock, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-throughput+investigations+employing+solvothermal+syntheses%5BTitle%5D)+AND+%22Microporous+and+Mesoporous+Materials%22%5BJournal%5D)">High-throughput investigations employing solvothermal syntheses.</a> Microporous and Mesoporous Materials. 129 (3), 287-295 (2010).</li>
<li>Clayson, I. G., Hewitt, D., Hutereau, M., Pope, T., Slater, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High+throughput+methods+in+the+synthesis%2C+characterization%2C+and+optimization+of+porous+materials%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">High throughput methods in the synthesis, characterization, and optimization of porous materials.</a> Advanced Materials. 32 (44), 2002780(2020).</li>
<li>Clearfield, A., Demadis, K. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aClearfield%2C+A+%22Metal+Phosphonate+Chemistry%3A+From+Synthesis+to+Applications%22">Metal Phosphonate Chemistry: From Synthesis to Applications</a>. , RSC Publishing. (2011).</li>
<li>Mennen, S. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+evolution+of+high-throughput+experimentation+in+pharmaceutical+development+and+perspectives+on+the+future%5BTitle%5D)+AND+%22Organic+Process+Research+%26+Development%22%5BJournal%5D)">The evolution of high-throughput experimentation in pharmaceutical development and perspectives on the future.</a> Organic Process Research & Development. 23 (6), 1213-1242 (2019).</li>
<li>Yang, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-throughput+methods+in+the+discovery+and+study+of+biomaterials+and+materiobiology%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Reviews%22%5BJournal%5D)">High-throughput methods in the discovery and study of biomaterials and materiobiology.</a> Chemical Reviews. 121 (8), 4561-4677 (2021).</li>
<li>Banerjee, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-throughput+synthesis+of+zeolitic+imidazolate+frameworks+and+application+to+CO2+capture%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">High-throughput synthesis of zeolitic imidazolate frameworks and application to CO2 capture.</a> Science. 319 (5865), 939-943 (2008).</li>
<li>Reinsch, H., Stock, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-throughput+studies+of+highly+porous+Al-based+MOFs%5BTitle%5D)+AND+%22Microporous+and+Mesoporous+Materials%22%5BJournal%5D)">High-throughput studies of highly porous Al-based MOFs.</a> Microporous and Mesoporous Materials. 171, 156-165 (2013).</li>
<li>Reimer, N., Reinsch, H., Inge, A. K., Stock, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((New+Al-MOFs+based+on+sulfonyldibenzoate+ions%3A+a+rare+example+of+intralayer+porosity%5BTitle%5D)+AND+%22Inorganic+Chemistry%22%5BJournal%5D)">New Al-MOFs based on sulfonyldibenzoate ions: a rare example of intralayer porosity.</a> Inorganic Chemistry. 54 (2), 492-501 (2015).</li>
<li>Tollitt, A. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-throughput+discovery+of+a+rhombohedral+twelve-connected+zirconium-based+metal-organic+framework+with+ordered+terephthalate+and+fumarate+linkers%5BTitle%5D)+AND+%22Angewandte+Chemie%22%5BJournal%5D)">High-throughput discovery of a rhombohedral twelve-connected zirconium-based metal-organic framework with ordered terephthalate and fumarate linkers.</a> Angewandte Chemie. 60 (52), 26939-26946 (2021).</li>
<li>Palomba, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-throughput+screening+of+solid-state+catalysts+for+nerve+agent+degradation%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Communications%22%5BJournal%5D)">High-throughput screening of solid-state catalysts for nerve agent degradation.</a> Chemical Communications. 54 (45), 5768-5771 (2018).</li>
<li>Reichenau, T. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Targeted+synthesis+of+an+highly+stable+aluminium+phosphonate+metal-organic+framework+showing+reversible+HCl+adsorption%5BTitle%5D)+AND+%22Angewandte+Chemie%22%5BJournal%5D)">Targeted synthesis of an highly stable aluminium phosphonate metal-organic framework showing reversible HCl adsorption.</a> Angewandte Chemie. , (2023).</li>
<li>Biemmi, E., Christian, S., Stock, N., Bein, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-throughput+screening+of+synthesis+parameters+in+the+formation+of+the+metal-organic+frameworks+MOF-5+and+HKUST-1%5BTitle%5D)+AND+%22Microporous+and+Mesoporous+Materials%22%5BJournal%5D)">High-throughput screening of synthesis parameters in the formation of the metal-organic frameworks MOF-5 and HKUST-1.</a> Microporous and Mesoporous Materials. 117 (1), 111-117 (2009).</li>
<li>STOE & Cie GmbH. WinXPOW v.3.1. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22STOE+%26+Cie+GmbH%22">STOE & Cie GmbH</a>. , Darmstadt. (2016).</li>
<li>Groom, C. R., Bruno, I. J., Lightfoot, M. P., Ward, S. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Cambridge+structural+database%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Crystallographica+Section+B%2C+Structural+Science.+Crystal+Engineering+and+Materials%22%5BJournal%5D)">The Cambridge structural database.</a> Acta Crystallographica Section B, Structural Science. Crystal Engineering and Materials. 72, 171-179 (2016).</li>
<li>Bruno, I. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((New+software+for+searching+the+Cambridge+Structural+Database+and+visualizing+crystal+structures%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Crystallographica.+Section+B%2C+Structural+Science%22%5BJournal%5D)">New software for searching the Cambridge Structural Database and visualizing crystal structures.</a> Acta Crystallographica. Section B, Structural Science. 58, 389-397 (2002).</li>
<li>Hermer, N., Wharmby, M. T., Stock, N. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aHermer%2C+N+%22CCDC+1499757%3A+Experimental+Crystal+Structure+Determination%22">CCDC 1499757: Experimental Crystal Structure Determination</a>. , (2017).</li>
<li>Cawse, J. N. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aCawse%2C+JN+%22Experimental+Design+for+Combinatorial+and+High+Throughput+Materials+Development%22">Experimental Design for Combinatorial and High Throughput Materials Development</a>. , Wiley-Interscience. Hoboken, NJ. (2003).</li>
<li>Dhanumalayan, E., Joshi, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Performance+properties+and+applications+of+polytetrafluoroethylene+%28PTFE%29-a+review%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Composites+and+Hybrid+Materials%22%5BJournal%5D)">Performance properties and applications of polytetrafluoroethylene (PTFE)-a review.</a> Advanced Composites and Hybrid Materials. 1, 247-268 (2018).</li>
<li>Lenzen, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Scalable+green+synthesis+and+full-scale+test+of+the+metal-organic+framework+CAU-10-H+for+use+in+adsorption-driven+chillers%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Scalable green synthesis and full-scale test of the metal-organic framework CAU-10-H for use in adsorption-driven chillers.</a> Advanced Materials. 30 (6), 1705869(2018).</li>
</ol>

למחברים אין מה לחשוף.

בשל המורכבות של שיטת HT, השלבים האישיים ואת השיטה עצמה נדונים בסעיפים הבאים. החלק הראשון מכסה את השלבים הקריטיים עבור כל שלב עבודה בתהליך העבודה של HT (איור 1), שינויים אפשריים ומגבלות של הטכניקה, היכן שהדבר ישים. בסופו של דבר מוצג דיון כללי הכולל גם את משמעותה של שיטת HT ביחס לשיטות קיימות ויישומים עתידיים. 
בשלב הראשון של זרימת העבודה של HT, DOE, יש לבחור היטב את הפרמטרים הרלוונטיים למחקר כדי לקבל מידע מקסימלי על ניסוי מסוים, שכן "ניסוי מתוכנן גרוע ייתן מידע רע ...

מסגרות מתכתיות-אורגניות (MOFs) הן תרכובות נקבוביות גבישיות שהמבנים שלהן מורכבים מצמתים המכילים מתכת, כמו יוני מתכת או צבירי מתכת-חמצן, המחוברים באמצעות מולקולות אורגניות (מקשרים)1. על ידי שינוי הצמתים המכילים מתכת כמו גם המקשר, ניתן לקבל מגוון של תרכובות המציגות מגוון רחב של תכונות ולכן יש יישומים פוטנציאליים בתחומים שונים1.
יציבות החומר חשובה ליישומו 1,2,3. לכן, MOFs המכילים יוני מתכת תלת-או טטרוולנטיים, כגון Al 3+, Cr3+, Ti 4+ או Zr4+, עם מולקולות קישור קרבוקסילט2 או פוספונט4 עמדו במוקד מחקרים רבים5,6,7. בנוסף לסינתזה ישירה של MOFs יציבים, שיפור היציבות באמצעות שינויים פוסט-סינתטיים, כמו גם היווצרות של חומרים מרוכבים הוא תחום עניין2. MOFs מבוססי פוספונטים דווחו בתדירות נמוכה יותר בהשוואה ל-MOFs8 מבוססי קרבוקסילט. סיבה אחת היא גמישות הקואורדינציה הגבוהה יותר של קבוצת CPO3 2- בהשוואה לקבוצת -CO2, מה שמוביל לעתים קרובות להיווצרות מבנים צפופים ומגוון מבני גדול יותר 8,9,10,11. בנוסף, חומצות פוספוניות לעתים קרובות חייב להיות מסונתז, כפי שהם זמינים לעתים רחוקות בשוק. בעוד שחלק מהפוספונטים המתכתיים מפגינים יציבות כימית יוצאת דופן10, גישה שיטתית לפוספונטים של מתכת איזורטיקולרית, המאפשרת כוונון של תכונות, היא עדיין נושא בעל רלוונטיות גבוהה12,13. אסטרטגיות שונות לסינתזה של פוספונטים מתכתיים נקבוביים נחקרו, כגון שילוב פגמים בשכבות צפופות אחרת, למשל, על ידי החלפה חלקית של פוספונט בליגנדות פוספט 4,14. עם זאת, מכיוון שמבנים פגומים אינם ניתנים לשחזור בצורה גרועה, והנקבוביות אינן אחידות, פותחו אסטרטגיות אחרות. בשנים האחרונות, השימוש בחומצות פוספוניות תובעניות סטריליות או אורתוגונליות כמולקולות קישור התגלו כאסטרטגיה מתאימה להכנת פוספונטים מתכתיים נקבוביים 4,8,10,11,13,15,16,17,18 . עם זאת, נתיב סינתזה אוניברסלי עבור פוספונטים מתכתיים נקבוביים עדיין לא התגלה. כתוצאה מכך, סינתזה של פוספונטים מתכתיים היא לעתים קרובות תהליך של ניסוי וטעייה, הדורש חקירה של פרמטרים סינתזה רבים.
מרחב הפרמטרים של מערכת תגובה כולל פרמטרים כימיים ותהליכיים ויכול להיות עצום19. הוא מורכב מפרמטרים כגון סוג חומר המוצא (מלח מתכת), יחסים מולאריים של חומרי התחלה, תוספים להתאמת pH, אפננים, סוג הממס, תערובות ממס, נפחים, טמפרטורות תגובה, זמנים וכו '19,20. מספר מתון של וריאציות פרמטרים יכול בקלות לגרום לכמה מאות תגובות בודדות, מה שהופך תוכנית סינתזה שקולה בקפידה ומרחב פרמטרים שנבחר היטב הכרחי. לדוגמה, מחקר פשוט המשתמש בשישה יחסים מולאריים של המקשר למתכת (למשל, M:L = 1:1, 1:2, ... ל 1:6) וארבעה ריכוזים שונים של תוסף ושמירה על הפרמטר השני קבוע, מוביל כבר 6 x 4 = 24 ניסויים. שימוש בארבעה ריכוזים, חמישה ממסים ושלוש טמפרטורות תגובה יחייב ביצוע 24 ניסויים 60 פעמים, וכתוצאה מכך 1,440 תגובות בודדות.
שיטות תפוקה גבוהה (HT) מבוססות על מושגים של מזעור, מקבילה ואוטומציה, בדרגות שונות בהתאם לשאלה המדעית המטופלת19,20. ככאלה, הם יכולים לשמש כדי להאיץ את החקירה של מערכות מרובות פרמטרים והם כלי אידיאלי לגילוי של תרכובות חדשות, כמו גם אופטימיזציה סינתזה19,20. שיטות HT שימשו בהצלחה בתחומים שונים, החל מגילוי תרופות ועד מדע החומרים20. הם שימשו גם לחקר חומרים נקבוביים כגון זאוליטים ו- MOFs בתגובות סולוותרמיות, כפי שסוכם לאחרונה20. זרימת עבודה טיפוסית של HT לסינתזה סולוותתרמית מורכבת משישה שלבים (איור 1)19,20,21: א) בחירה של מרחב הפרמטרים המעניינים (כלומר, תכנון הניסוי [DOE]), שניתן לעשות באופן ידני או באמצעות תוכנה; ב) מינון של ריאגנטים לתוך כלי השיט; ג) סינתזה סולבותרמית; ד) בידוד ועבודה; ה) אפיון, אשר נעשה בדרך כלל עם עקיפה רנטגן אבקה (PXRD); ו) הערכת נתונים, שלאחריה מופיע שוב השלב הראשון.
תקבולת ומזעור מושגים בתגובות סולוותרמיות באמצעות שימוש במולטיקלאבים, המבוססים לעתים קרובות על פורמט צלחת 96 בארות המבוסס ביותר בביוכימיה וברוקחות 19,20,22,23. דווח על תכנונים שונים של כורים וכמה קבוצות בנו כורים משלהם19,20. בחירת הכור תלויה במערכת הכימית המעניינת, במיוחד טמפרטורת התגובה, הלחץ (האוטוגני) ויציבות הכור 19,20. לדוגמה, במחקר שיטתי של מסגרות אימידזולאט זאוליטיות (ZIFs), Banerjee et al.25 השתמשו בפורמט צלחת זכוכית 96 בארות כדי לבצע מעל 9600 תגובות24. עבור תגובות בתנאים סולבותרמיים, בלוקים מותאמים אישית של פוליטטרה-פלואוראתילן (PTFE), או מולטיקלאבים עם 24 או 48 תוספות PTFE בודדות, תוארו בין היתר על ידי קבוצת סטוק19,20. הם משמשים באופן שגרתי, למשל, בסינתזה של קרבוקסילטים מתכת ופוספונטים. ככאלה, ריינש ואחרים.25 דיווחו על יתרונות המתודולוגיה בתחום MOFs אלומיניום נקבובי25. מערכות כורי HT מתוצרת הבית (איור 2), שמאפשרות לחקור 24 או 48 תגובות בו-זמנית, מכילות תוספות PTFE בנפח כולל של 2.655 מ"ל ו-0.404 מ"ל, בהתאמה (איור 2A,B). בדרך כלל, לא יותר מ 1 מ"ל או 0.1 מ"ל, בהתאמה, משמש. בעוד כורים אלה משמשים תנורים קונבנציונליים, חימום בסיוע מיקרוגל באמצעות בלוקים SiC וכלי זכוכית קטנים דווח גם26.
אוטומציה של מחקרים מובילה לחיסכון בזמן ושיפור יכולת השחזור, כמו ההשפעה של הגורם האנושי ממוזער20. מידת השימוש באוטומציה משתנה מאוד19,20. מערכות מסחריות אוטומטיות לחלוטין, כולל צנרת 20 או יכולות שקלול20, ידועות. דוגמה עדכנית היא השימוש ברובוט לטיפול בנוזלים לחקר ZrMOFs, שדווח על ידי קבוצת Rosseinsky27. ניתוח אוטומטי יכול להתבצע על ידי PXRD באמצעות דיפרקטומטר מצויד בשלב xy. בדוגמה אחרת, נעשה שימוש בקורא לוחות כדי לסנן זרזים במצב מוצק, בעיקר MOFs, לבדיקת HT של פירוק סוכן עצבי28. ניתן לאפיין דוגמאות בריצה אחת ללא צורך בדגימה ידנית או שינויי מיקום. אוטומציה אינה מבטלת טעויות אנוש, אך היא מפחיתה את האפשרות שהיא תתרחש19,20.
באופן אידיאלי, יש להתאים את כל השלבים בזרימת עבודה של HT במונחים של מקביליות, מזעור ואוטומציה כדי למנוע צווארי בקבוק אפשריים ולמקסם את היעילות. עם זאת, אם לא ניתן להקים זרימת עבודה HT בשלמותה, זה עשוי להיות מועיל לאמץ צעדים / כלים נבחרים עבור המחקר שלך. השימוש multiclaves עבור 24 תגובות שימושי במיוחד כאן. השרטוטים הטכניים של הציוד הפנימי ששימש במחקר זה (כמו גם אחרים) מתפרסמים לראשונה וניתן למצוא אותם בקובץ משלים 1, קובץ משלים 2, קובץ משלים 3 ותיק משלים 4.

<table><tbody><tr><td>AlCl3&middot; 6H2O</td><td>Gr&uuml; ssing</td><td>N/A</td><td>99%</td></tr><tr><td>בלוק סינון לסינון של מקסימום 48 תערובות תגובה</td> N/A <td>תוצרת בית</td><td>N/A</td><td>שרטוטים טכניים בקבצים המשלימים</td></tr><tr><td>חומצה הידרוכלורית</td><td></td><td>Honeywell 258148</td><td>Conc. 37%, p.a.</td></tr><tr><td>מולטיקלאב עם 24 תוספות טפלון בודדות</td><td>תוצרת בית</td><td>N/A</td><td>שרטוטים טכניים בקבצים המשלימים</td></tr><tr><td>N,N '-piperazine bis (חומצה מתילנפוספונית</td><td>הוכן על ידי עמיתים לעבודה</td><td>N/A</td><td>H4PMP,&nbsp; הוכן על ידי עמיתים לעבודה בשיטה שדווחה על ידי Villemin et al.: D. Villemin, B. Moreau, A. Elbilali, M.-A. דידי, מ.ה. קייד, פ.-א. Jaffr&egrave; s, זרחן גופרית סיליקון Relat. אלם. 2010, 185, 2511.</td></tr><tr><td>צלחת לדוגמא עבור PXRD</td><td>תוצרת בית</td><td>N/A</td><td>שרטוטים טכניים בקבצים המשלימים</td></tr><tr><td>נתרן הידרוקסיד</td><td>Gr&uuml; ssing</td><td>N/A</td><td>99%</td></tr><tr><td>Stoe Stadi P Combi</td><td>STOE</td><td>Stadi P Combi</td><td>Cu-K&alpha; קרינה של 1</תת-> (&lambda; = 1.5406 &Aring;); גיאומטריית שידור; MYTHEN2 גלאי 1K; זווית פתיחה 18&deg;; מעוקל&nbsp; מונוכרומטור; xy-table</td></tr><tr><td>תנור הסעה מאולץ</td><td>Memmert</td><td>UFP400</td><td></td></tr></tbody></table>

גילוי וסינתזה אופטימיזציה של תרכובות מסגרת מתכת-אורגניות מבוססות פוספונטים isoreticular al(iii) באמצעות שיטות תפוקה גבוהה

Discovery and Synthesis Optimization of Isoreticular Al(III) Phosphonate-Based Metal-Organic Framework Compounds Using High-Throughput Methods

שיטות תפוקה גבוהה (HT) הן כלי חשוב לסינון מהיר ויעיל של פרמטרים של סינתזה וגילוי חומרים חדשים. כתב יד זה מתאר את הסינתזה של מסגרות מתכתיות-אורגניות (MOFs) מתמיסה באמצעות מערכת כור HT, וכתוצאה מכך התגלו MOFs שונים מבוססי פוספונטים של הרכב [Al 2 H12-x(PMP)3]Cl x∙6H2O (H 4 PMP = N,N '-piperazine bis(methylenephosphonic acid)) עבורx =4, 6, המסומן כ- Al-CAU-60-xHCl, המכיל יוני אלומיניום טריוולנטיים. זה הושג בתנאי תגובה סולוותרמית על ידי סינון שיטתי של ההשפעה של היחס המולרי של המקשר למתכת ואת ה- pH של תערובת התגובה על היווצרות המוצר. הפרוטוקול לחקירת HT כולל שישה שלבים: א) תכנון סינתזה (DOE = תכנון ניסוי) במסגרת מתודולוגיית HT, ב) מינון ועבודה עם כורי HT שפותחו בתוך החברה, ג) סינתזה סולבותרמית, ד) עיבוד סינתזה באמצעות בלוקי סינון שפותחו בתוך החברה, ה) אפיון על ידי עקיפה של קרני רנטגן באבקת HT, ו) הערכה של הנתונים. מתודולוגיית HT שימשה לראשונה לחקר השפעת החומציות על היווצרות המוצר, מה שהוביל לגילוי Al-CAU-60∙xHCl (x = 4 או 6).

נתוני PXRD מוצגים באיור 9. עבור ההערכה הראשונה, התוצאות המתקבלות קשורות לפרמטרי הסינתזה של מרחב הפרמטרים הנחקר. החקירה בוצעה באמצעות שישה יחסים מולאריים שונים של מקשר למתכת וארבעה יחסים מולאריים שונים של NaOH/HCl ל-Al3+. על-ידי קישור מידע זה עם נתוני PXRD שהתקבלו (איור 9), ניתן לראות כי תוצרים של גבישיות נמוכה התקבלו מסינתזות ביחס מולארי של NaOH:Al 3+ של 1:1 (סדרות A1 עד A6) ובהיעדר NaOH או HCl (סדרות C1 עד C6). זה משתקף על ידי מספר קטן של ...

הסינתזה הממוקדת של מסגרות מתכת-אורגניות חדשות (MOFs) היא קשה, וגילוין תלוי בידע וביצירתיות של הכימאי. שיטות תפוקה גבוהה מאפשרות לחקור שדות פרמטרים סינתטיים מורכבים במהירות וביעילות, להאיץ את תהליך מציאת תרכובות גבישיות ולזהות מגמות סינתטיות ומבניות.

גילוי וסינתזה אופטימיזציה של תרכובות מסגרת מתכת-אורגניות מבוססות פוספונטים Isoreticular Al(III) באמצעות שיטות תפוקה גבוהה

High-throughput (HT) methods are an important tool for the fast and efficient screening of synthesis parameters and the discovery of new materials. This ...

אני רואה את הטבלה המחזורית כמגרש משחקים ענק, ובמחקר שלנו אנחנו מתמקדים בסינתזה של חומרים חדשים, נקבוביים, כמו זה כאן. זה מודל מבני, ואנחנו רואים חורים במסגרת. וזה יכול לשמש לאחסון מולקולות או גם להפרדת מולקולות בהתבסס על גודלן.בנוסף למחקרים מסוג זה, אנו מפתחים גם מערכות כורים חדשות כדי להאיץ את תהליך הגילוי. האתגרים הניסיוניים הנוכחיים הם להאיץ עוד יותר את תהליך הסינתזה והאפיון עם מכשור נוסף בתפוקה גבוהה, כגון מכשיר אפיון ספיגה בתפוקה גבוהה. חוסר הפירוט בפרסומים לגבי הליך הסינתזה והאפיון המשפיעים על יכולת השחזור הוא בעיה ידועה בכימיה.על ידי מתן תיאור יסודי של השיטה והמערך שלנו, אנו שואפים לעודד קבוצות אחרות לאמץ את המתודולוגיה המתוארת, ובכך להגדיל את יכולת השחזור של מחקרים ניסיוניים. איננו יודעים מה יביא העתיד מכיוון שאנו עובדים על גילוי חומרים חדשים, ולעולם איננו יודעים איזה סוג של תכונות יהיו לחומרים אלה. עם זאת, אני חושב שהשימוש במולקולות קישור מחומרי גלם מתחדשים ישחק תפקיד מרכזי.ולגבי היישום, השימוש בחישה והפרדה של מולקולות גז יהיה חשוב מאוד.

discovery-synthesis-optimization-isoreticular-al-iii-phosphonate

Research

JoVE Journal

Chemistry

סינתזה, הפעלה, ואפיון של חומרי מסגרת מתכת אורגנית במכוון נועדו הוא מאתגרת, במיוחד כאשר אבני בניין הוא הפולימורפים לא תואמים או לא רצויים הם העדיפו thermodynamically על צורות הרצויות. אנו מתארים כיצד יישומים של שער סייע ממס מקשר, עקיפה X-ray אבקה בנימים והפעלה באמצעות CO 2 ייבוש סופר קריטי, יכולים לתת מענה לחלק מהאתגרים האלה.

מסגרות סינתזה ואפיון של פונקציונליות מתכת אורגנית

במאמר זה אנו מתארים פרוטוקול לסינתזה של מסגרות מתכות-אורגניות בעלות ערך נמוך (LVMOFs) ממתכות בעלות ערכיות נמוכה ומקשרי פוספין רב-נושאיים בתנאים נטולי אוויר. לחומרים המתקבלים יש יישומים פוטנציאליים כחיקוי זרז הטרוגני של זרזים הומוגניים מבוססי מתכת בעלת ערכיות נמוכה.

גישות ניסיוניות לסינתזה של מסגרות מתכת-אורגניות בעלות ערך נמוך ממקשרים רב-נושאיים של פוספין

מדווח על הליך פשוט מבחינה תפעולית לסינתזה של נגזרות אנילין  אורתו-טריפלואורומטוקסילציה באמצעות רצף דו-שלבי של O-trifluoromethylation של N-aryl-N-hydroxyacetamide ואחריו הגירה תוך-מולקולרית של OCF3 המושרה תרמית.

פרוטוקול לסינתזה של<em&gt; Ortho</em&gt; נגזרי אנילין -trifluoromethoxylated

מוצגת שיטה כללית פוטנציאלית לסינתזה של מערכים פפטידיים רב-מתכתיים מסיסים במים המכילים רצף קבוע מראש של מרכזי מתכת.

סינתזה של מערך מורכב מתכת-אורגנית נמס במים

הפרוטוקול מתאר סינתזה ובדיקות אלקטרוכימי של nanowires פלטינה וניקל. Nanowires היו מסונתז על ידי העקירה גלווני של תבנית ננו-חוט ניקל. עיבוד שלאחר סינתזה, כולל מימן חישול, שטיפת חומצה ו חמצן חישול שימשו כדי למטב nanowire ביצועים ועמידות ב התגובה הפחתת חמצן.

סינתזה של פלטינה וניקל Nanowires ואופטימיזציה לביצועים הפחתת חמצן

ציפויים פונקציונליים חזקים catechol יוצרו בצעד אחד על ידי תגובה ישירה של החומר המכונה HKUST עם catechols סינתטי בתנאים אנאירוביים. ציפויים הומוגנית, המקיפים את הקריסטל כל המיוחס לפעילות קטליטית ביונים של הדימרים Cu(II) על פני השטח החיצוני של הקריסטלים.

Functionalization פני השטח של מסגרות מתכת-אורגנית להתנגדות לחות משופר

גישה פשוטה, הדירים רב-תכליתי לסינתזה של ממברנות מסגרת מתכת-אורגנית polycrystalline intergrown, על מגוון רחב של יאומתו נקבובי ותומך שאינו נקבובי מוצג.

התגבשות electrophoretic של ממברנות זגוגית ביצועים גבוהים מסגרת מתכת-אורגני

פרוטוקול לסינתזה ומדידה של המאפיינים הפוטוכימיים של תרכובות בכלוב מודולרי עם moieties לחיץ מוצג.

עיצוב, סינתזה ומאפייני פוטוכימיקלים של תרכובות בכלוב לחיצים

השימוש בספקטרוסקופיית FTIR לחקירת מאפייני פני השטח של מוצקים פוליגבישיים מתואר. הכנת כדורי לדוגמה, הפעלת הליכים, אפיון עם מולקולות בדיקה ולימודי מודל של שיתוף2 ספיחה הם דנו.

באתרו FTIR ספקטרוסקופיית ככלי לחקירת גז/אינטראקציה מוצקה: שיתוף משופר מים2 Adsorption ב uio-66 מתכת-אורגני המסגרת

כאן, אנו מציגים פרוטוקול עבור אימות האתר הפעיל של מתכת-אורגני מסגרת זרזים על ידי השוואת stoichiometric והתגובות קטליטיים-ene קטליטי כדי לגלות אם התגובה מתרחשת על פני השטח הפנימי או החיצוני של מתכת-אורגני מסגרות.

פיתוח זרזים הטרוגנית אנאנטיוניקטיביים באמצעות מתכת כיאלית-אורגנית מסגרות (MOFs)

למד סינתזה בקנה מידה גבוה של מסגרות מתכת-אורגניות MOFs באמצעות מערכות ריאקטור מתקדמות. שיטה זו מאיצה גילוי חומרים נקבוביים ומשפרת שחזוריות ניסויים בכימיה.

גילוי וסינתזה אופטימיזציה של תרכובות מסגרת מתכת-אורגניות מבוססות פוספונטים Isoreticular Al(III) באמצעות שיטות תפוקה גבוהה

גלה סרטונים נוספים