Chemistry and catalysis advances in organometallic chemistry and catalysis


Download 11.05 Mb.
Pdf ko'rish
bet67/115
Sana23.06.2017
Hajmi11.05 Mb.
#9613
1   ...   63   64   65   66   67   68   69   70   ...   115

404

ORGANOMETALLIC POLYMERS

162. Bazan, G. C.; Khosravi, E.; Schrock, R. R.; Feast, W. J.; Gibson, V. C.; Oregan, M. B.; Thomas, J. K.; Davis, W. M. J. Am. Chem.

Soc1990112 , 8378.

163. Tonhauser, C.; Mazurowski, M.; Rehahn, M.; Gallei, M.; Frey, H. Macromolecules 201245 , 3409.

164. Van Staveren, D. R.; Metzler-Nolte, N. Chem. Rev. 2004104 , 5931.

165. Top, S.; Vessir´es, A.; Leclercq, G.; Quivy, J.; Tang, J.; Vaissermann, J.; Huch´e, M.; Jaouen, G. Chem. Eur. J. 2003, 5223.

166. Presa Soto, A.; Chabanne, L; Zhou, J.; Gilroy, J. B.; Manners, I. Macromol. Rapid Commun. 201233 , 592.

167. Discher, D. E.; Eisenberg, A. Science 2002297 , 967.

168. Gohy, J. F. Advances in Polymer Science; Springer-Verlag Berlin: Berlin, Vol. 190 2005, p 65.

169. Huang, Y.; Duan, X.; Cui, Y.; Lauhon, L. J.; Kim, K. H.; Lieber, C. M. Science 2001294 , 1313.

170. Hecht, S. Angew. Chem., Int. Ed. 200342 , 24.

171. Jain, S.; Bates, F. S. Science 2003300 , 460.

172. Hu, J.; Liu, G.; Nijkang, G. J. Am. Chem. Soc. 2008130 , 3236.

173. Cao, L.; Massey, J. A.; Winnik, M. A.; Manners, I.; Riethm¨uller, S.; Banhart, F.; Spatz, J. P.; M¨oller, M. Adv. Funct. Mater. 2003,



13 , 271.

174. Zhulina, E. B.; Adam, M.; LaRue, I.; Sheiko, S. S.; Rubinstein, M. Macromolecules 200538 , 5330.

175. LaRue, I.; Adam, M.; Pitsikalis, M.; Hadjichristidis, N.; Rubinstein, M.; Sheiko, S. S. Macromolecules 200639 , 309.

176. Dean, J. M.; Verghese, N. E.; Pham, H. Q.; Bates, F. S. Macromolecules 200336 , 9267.

177. Hartgerink, J. D.; Beniash, E.; Stupp, S. I. Science 2001294 , 1684.

178. Li, Z.; Liu, G. Langmuir 200319 , 10480.

179. Yan, X.; Liu, G.; Haeussler, M.; Tang, B. Z. Chem. Mater. 200517 , 6053.

180. Wang, X.-S.; Wang, H.; Coombs, N.; Winnik, M. A.; Manners, I. J. Am. Chem. Soc. 2005127 , 8924.

181. Wang, H.; Wang, X.; Winnik, M. A.; Manners, I. J. Am. Chem. Soc. 2008130 , 12921.

182. Dalhaimer, P.; Engler, A. J.; Parthasarathy, R.; Discher, D. E. Biomacromolecules 2004, 1714.

183. Geng, Y.; Dalhaimer, P.; Cai, S.; Tsai, R.; Tewari, M.; Minko, T.; Discher, D. E. Nat. Nanotechnol. 2007, 249.

184. Chen, C.-K.; Lin, S.-C.; Ho, R.-M.; Chiang, Y.-W.; Lotz, B. Macromolecules 201043 , 7752.

185. Mihut, A. M.; Drechsler, M.; M¨oller, M.; Ballauff, M. Macromol. Rapid Commun. 201031 , 449.

186. Massey, J. A.; Winnik, M. A.; Manners, I.; Chan, V. Z. H.; Ostermann, J. M.; Enchelmaier, R.; Spatz, J. P.; M¨oller, M. J. Am.



Chem. Soc. 2001123 , 3147.

187. Park, D. H.; Hong, Y. K.; Cho, E. H.; Kim, M. S.; Kim, D.-C.; Bang, J.; Kim, J.; Joo, J. ACS Nano 2010, 5155.

188. Manners, I. Angew. Chem. Int. Ed. 200746 , 1565.

189. Metera, K. L.; Sleiman, H. Macromolecules 200740 , 3733.

190. Mˆıinea, L. A.; Sessions, L. B.; Ericson, K. D.; Glueck, D. S.; Grubbs, R. B. Macromolecules 200437 , 8967.

191. Bignozzi, C. A.; Ferri, V.; Scoponi, M. Macromol. Chem. Phys. 2003204 , 1851.

192. Cheng, K. W.; Chan, W. K. Langmuir 200521 , 5247.

193. Qin, Y.; Cui, C.; J¨akle, F. Macromolecules 200841 , 2972.

194. Peckham, T. J.; Massey, J. A.; Honeyman, C. H.; Manners, I. Macromolecules 199932 , 2830.

195. Noonan, K. J. T.; Gates, D. P. Angew. Chem. Int. Ed. 200645 , 7271.

196. Qin, Y.; Sukul, V.; Pagakos, D.; Cui, C.; J¨akle, F. Macromolecules 200538 , 8987.

197. Rider, D. A.; Cavicchi, K. A.; Power-Billard, K. N.; Russell, T. P.; Manners, I. Macromolecules 200538 , 6931.

198. Chen, T.; Wang, L.; Jiang, G.; Wang, J.; Wang, X. J.; Zhou, J.; Wang, W.; Gao, H. Polymer 200546 , 7585.

199. He, F.; G¨adt, T.; Manners, I.; Winnik, M. A. J. Am. Chem. Soc. 2011133 , 9095.

200. Zhai, S.; Shang, J.; Yang, D.; Wang, S.; Hu, J.; Lu, G.; Huang, X. J. Pol. Sci. A Polym. Chem. 201250 , 811.

201. Hamley, I. W. Angew. Chem. Int. Ed. 200342 , 1692.

202. Lazzari, M.; Lopez-Quintela, M. A. Adv. Mater. 200315 , 1583.

203. Zhang, J.; Wang, Z.-L.; Liu, J.; Chen, S.; Liu, G.-Y. Self-Assembled Nanostructures; Kluwer Academic/Plenum Plublishers: New

York, 2003.

204. Ahmed, R.; Patra, S. K.; Chabanne, L.; Faul, C. F. J.; Manners, I. Macromolecules201144 , 9324.

205. Sheats, J. E.; Rausch, M. D. J. Org. Chem. 197035 , 3245.

206. Sheats, J. E.; Carraher, J. C. E.; Pittman, J. C. P.; Zeldin, M.; Currell, B. Inorganic and Metal-Containing Polymeric Materials;

Plenum: New York, 1985.


REFERENCES

405

207. Peckham, T. J.; G´omez-Elipe, P.; Manners, I. In Metallocenes. Synthesis, Reactivity, Applications; Togni, A.; Halterman, R. L. Eds.

Wiley-VCH Verlag GmBH: Weinheim, 1998; p. 723.

208. Astruc, D.; Ornelas, C.; Ruiz, J. Acc. Chem. Res. 200841 , 841.

209. Ornelas, C.; Ruiz, J.; Astruc, D. Organometallics 200928 , 2716.

210. Casado, C. M.; Gonzalez, B.; Cuadrado, I.; Alonso, B.; Moran, M.; Losada, J. Angew. Chem., Int. Ed. 200039 , 2135.

211. Bunz, U. H. F. Top. Curr. Chem. 1999201 , 131.

212. Carraher, C. E. Jr.; Sheats, J. E. Makromol. Chem. 1973166 , 23.

213. Pittman, C. U. Jr.; Ayers, O. E.; Suryanarayanan, B.; McManus, S. P.; Sheats, J. E. Makromol. Chem. 1974175 , 1427.

214. Mayer, U. F. J.; Gilroy, J. B.; O’Hare, D.; Manners, I. J. Am. Chem. Soc. 2009131 , 10382.

215. Ren, L.; Hardy, C. G.; Tang, C. J. Am. Chem. Soc. 2010132 , 8874.

216. Chen, D.; Feng, H.; and Li, J. Chem. Rev. 2012112 , 6027.

217. Niyogi, S.; Hamon, M. A.; Hu, H.; Zhao, B.; Bhowmik, P.; Sen, R.; Itkis, M. E.; Haddon, R. C. Acc. Chem. Res. 200235 , 1105.

218. Tasis, D.; Tagmatarchis, N.; Bianco, A.; Prato, M. Chem. Rev. 2006106 , 1105.

219. Kiang, C.-H.; Choi, J.-S.; Tran, T. T.; Bacher, A. D. J. Phys. Chem. B 1999103 , 7449.

220. Govindaraj, A.; Satishkumar, B. C.; Nath, M.; Rao, C. N. R. Chem. Mater. 200012 , 202.

221. Liu, S.; Zhu, J.; Mastai, Y.; Felner, I.; Gedanken A. Chem. Mater. 200012 , 2205.

222. Mittal, J.; Monthioux, M.; Allouche, H.; Stephan, O. Chem. Phys. Lett. 2001339 , 311.

223. Thamavaranukup , N.; Hoppe, H. A.; Ruiz-Gonzalez, L.; Costa, P. M. F. J.; Sloan, J.; Kirkland, A.; Green, M. L. H. Chem. Commun.

2004, 1686.

224. Li, L.-J.; Khlobystov, A. N.; Wiltshire, J. G.; Briggs, G. A. D.; Nicholas, R. J. Nat. Mater. 2005, 481.

225. Kalinina I.; Bekyarova, E.; Sarkar, S.; Wang, F.; Itkis, M. E.; Tian, X.; Niyogi, S.; Jha, N.; Haddon, R. C. Macromol. Chem. Phys.

2012213 , 1001.

226. Alonso, B.; Gonz´alez, B.; Garc´ıa, B.; Ram´ırez-Oliva, E.; Zamora, M.; Casado, C. M.; Cuadrado, I. J. Organomet. Chem2001,



637–639 , 642.

227. Zamora, M.; Bru˜na, S.; Alonso, B.; Cuadrado, I. Macromolecules 201144 , 7994.

228. Gilroy, J. B.; Patra, S. K.; Mitchels, J. M.; Winnik, M. A.; Manners, I. Angew. Chem. Int. Ed.201150 , 5851.

229. Zeng, X.; Zhang, T.; Qin, Y.; Wei, Z.; Luo, M.; Dalton Trans.2009, 8341.



30

FROM SERENDIPITY TO POROSITY:

SYNTHESIS AND REACTIVITY OF COORDINATION

POLYMERS BASED ON COPPER TRINUCLEAR

TRIANGULAR MOTIFS

Luciano Pandolfo



Department of Chemical Sciences, University of Padova, Padova, Italy

30.1

INTRODUCTION

In the word “serendipity,” some kind of magic is contained, as it approximately indicates the obtaining of an unexpected

result, different from what we were searching for, that is more important with respect to the original target.

Even though in serendipity the concept of the unexpected is implicit, this does not mean a priori unforeseeable. If

something happened, often it should be foreseeable, provided that we had considered different data instead of those we had

taken into account. Obviously, our previous experiences, information, and knowledge drive us to prefer some data as the

most important while, due to laziness, fossilized habits, etc., we disregard other data. Not complete information, in some

cases unconsciously assembled in a not suitable way, may lead to expect some specific results that, instead, are not obtained.

The concept of serendipity, meaning a “happy accident” may be applied to every good result achieved without one’s

looking for it. The discovery of a new continent, America, by Colombus, which happened while searching for a new route

for Asia, is certainly one of the greatest cases of serendipity, even though Colombus was not aware of this unexpected

result. Moreover, this discovery was serendipitous twice, because if America had not existed, it would have been almost

certainly impossible for Colombus’s ships to have reached Asia.

Serendipity is particularly important in scientific research, because it is through the development of unexpected results

that relevant advances in science can be pursued, as the discovery of the properties of penicillin clearly evidences. Carrying

the concept to the extreme, if researchers knew exactly what is going to happen from their experiments, they would not

need to research but only to verify, with very different approaches and results, according to Albert Einstein, “If we knew

what it was we were doing, it would not be called research, would it?” A new discovery is substantially different from the

experimental validation of a theory.

Obviously, new serendipitous discoveries then need further experimental validations to become a general theory and to

be universally useful. The first time a new result is obtained is very often by chance, but any unexpected, interesting result

must be deeply studied and exploited. Serendipity is thus a very important issue but it is not enough if the results that it

produces are not developed and utilized at the best. As stated by Louis Pasteur, “Dans les champs de l’observation le hasard



ne favorise que les esprits prepar´es” [1].

The words “unexpected,” “surprising,” or “unusual” can be found in numerous scientific articles (mainly in the titles),

conference lectures, or poster presentations and they are normally employed to emphasize the novelty of the reported

Advances in Organometallic Chemistry and Catalysis: The Silver/Gold Jubilee International Conference on Organometallic Chemistry Celebratory Book,

First Edition. Edited by Armando J. L. Pombeiro.

© 2014 John Wiley & Sons, Inc. Published 2014 by John Wiley & Sons, Inc.

407


408

FROM SERENDIPITY TO POROSITY: SYNTHESIS AND REACTIVITY OF COORDINATION POLYMERS

data. Nevertheless, numerous researchers are ashamed to declare that the results they are reporting have been obtained

serendipitously and not by following a specifically designed procedure, because this seems to suggest the absence of

a serious study that should have been carried out before the experiment. Here the author would like to reappraise the

relevance of the results obtained serendipitously. In particular, the author reports how serendipity was a relevant issue and,

to some extent, drove his specific researches in the last years in the field of coordination polymers (CPs). For the inspiration

of this note, the author is largely indebted to R.E.P. Winpenny [2] for his article where he highlights some advantages of

the serendipitous assembly of polynuclear cage compounds with respect to the “designed assembly.”

30.2

COORDINATION POLYMERS

CPs, sometimes referred to as metal–organic frameworks (MOFs) [3], represent one of the most interesting class of hybrid

(organic–inorganic) materials [4]. These crystalline compounds are characterized by peculiar polymeric structures that can

be envisaged as the product of a rigorously regular copolymerization, where metal ions (or small assemblies of metal

ions)—nodes—are joined through polytopic organic ligands— linkers. Depending both on the coordination geometries of

the metals and the ligands structural features, CPs in 1-, 2-, or 3-dimensional scale can be obtained (Fig. 30.1).

Polytopic ligands mainly contribute to define the connectivity between the nodes, generating repetitive entities also

referred to as secondary building units (SBUs) [5] that form the extended structures of CPs.

CPs can have interesting properties connected to their structures, such as porosity (with regular pores sizes), that may

produce high surface area, sorption–desorption behavior of energetically or environmentally important gases, heterogeneous

catalysis ability, etc. The porosity of CPs is mainly related to the rigidity of the linkers and to their specific structures [6],

particularly to the structural characteristics of the spacer, that is, the fragment connecting the specific donor groups joining

the metal centers. In Fig. 30.2, one possible structure of a 3D CP is sketched, where donor groups (D) and the spacer (S)

are evidenced in the linkers, and the nodes M adopt an octahedral coordination geometry.

1D

2D

3D



(a)

(b)


(c)

Figure 30.1

Schematic examples of possible (a) 1D, (b) 2D, and (c) 3D CP architectures. Nodes are indicated as black spheres, while

linkers are in white.

M

D

D

D

M

D

M

D

D

D

M

D

D

D

D

D

M

D

D

D

M

D

M

D

D

D

M

D

D

D

D

D

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

S

Figure 30.2

Scheme of a 3D CP architecture where the octahedral metal nodes (M) are joined by ditopic linkers. The specific donor

groups (D) and the spacer fragment (S) are evidenced.


TRINUCLEAR TRIANGULAR CU

II

MOIETIES TO BUILD CPS



409

O

O



O

O

O



O

O

O



O

O

O



O

O

O



O

O

11.2



12.6

16.4


19.1

M

M

M

M

M

M

M

M

M

= Zn

4

(O)–

A

B

C

D

= dianions A-D

Figure 30.3

Schematization of the IRMOFs obtained by Yaghi group [7] by connecting Zn

4

(O) with rigid dianions A–D. The number



below each dianion indicates the size of the cubic structure sketched in the left, calculated as the diameter (in angstrom) of a sphere that

can fit in it.

In numerous works on CPs that appeared in the last years, the so-called designed synthesis has been often claimed to be

employed in order to obtain interesting derivatives, even though the author thinks that in some cases the word “serendipitous”

should be more appropriate and not shameful. On the other hand, a very elegant example of a “true” designed synthesis

was pursued by Yaghi and coworkers [7], which obtained a series of iso-reticular metal–organic frameworks (IRMOFs).

Actually, the Yaghi group, exploiting the octahedral geometry of basic copper acetate, [Zn

4

(O)(MeCOO)



6

], connected the

Zn

4

(O) moieties (M) through different bicarboxylates OOC-(S)-COO where (S) is a rigid spacer group, synthesizing a series



of porous IRMOF, which differ only in the dimensions of the spacer placed between the two carboxylates groups.

The IRMOFs [Zn

4

O(OOC-(S)-COO)



3

] thus obtained all have the same primitive cubic structure sketched in Fig. 30.3,

with three series of identical perpendicular channels whose free diameters are directly related to the dimensions of the

spacers, provided that no interpenetration occurred [7]. This was certainly one of the best results in the designed synthesis

of MOFs, evidencing the value of the researcher’s imagination, pursued with the aim to obtain a series of derivatives having

structural properties directly related to the dimensions of the spacers used.

On the other hand, it is often useful to overcome also the researcher’s imagination and, according to Winpenny, “

. . .


design assembly approach (

. . . ) relies on a limited range of experience and on the imagination of the scientists involved.”

[2], rely also on serendipity.

30.3

TRINUCLEAR TRIANGULAR Cu

II

MOIETIES TO BUILD CPs

30.3.1

Serendipitous Synthesis and Reactivity

As far as the author’s specific work in the CPs field is concerned, it certainly started from a serendipitous event, when,

working with carbon suboxide, C

3

O



2

, he easily synthesized a series of diamidic derivatives, all having the malonate core and

some azolate as the amidic moieties (Scheme 30.1), with the aim to use them as ligands, analogously to other extensively

used azolate derivatives [8].

The malonyl diamides, easily obtained in good yields, are quite stable and, in some cases, it was possible to obtain

their single-crystal (SC) X-ray diffraction (XRD) characterizations that were afterward reported [9]. To quickly check the

possibility of these derivatives to act as ligands, the author treated an ethanol solution of the just-isolated Hpz-based diamide


410

FROM SERENDIPITY TO POROSITY: SYNTHESIS AND REACTIVITY OF COORDINATION POLYMERS

N

H

N



N

H

N



N

H

N



N

N

H



N

O

C



C

C

O



+

2 Azole


O

O

N



N

N

R



Azole =

N

R



Pyrazole

(Hpz)


3,5-Dimethylpyrazole

(3,5Me


2

Hpz)


Indazole

(Hin)


Benzotriazole

BHtz


Scheme 30.1

Figure 30.4

Ball-and-stick representation of the asymmetric unit of 1. Color codes: light gray (Cu), dark grey (O), black (N), gray (C),

and white (H).

with a water solution of copper(II) acetate that he happened to have on his work bench. The solution immediately turned

deep blue, indicating that the coordination of some kind of nitrogen to copper(II) had occurred and, after some days, a few

deep-blue hexagonal platelets formed. Owing to the scarcity of the obtained product, only an SC-XRD determination was

carried out on the crystals, yielding a completely unexpected result. Instead of some kind of copper derivative of the malonyl

diamide, the structure of the trinuclear triangular assembly [Cu

3

(

μ



3

-OH)(


μ-pz)

3

(MeCOO)



2

(Hpz)], 1, shown in Fig. 30.4,

was found.

This synthesis was certainly serendipitous. In the presence of water, Cu

II

, and acetate ions, the quite stable diamide



underwent hydrolysis forming Hpz that generated the observed trinuclear triangular derivative through a series of nontrivial

processes. First of all, we ascertained that it was possible to obtain compound in a quantitative yield by directly reacting

a water solution of copper acetate with Hpz [10]. Moreover, continuing the studies, we realized that serendipity worked

hard in this reaction. As a matter of fact, the trinuclear triangular assembly was obtained thanks to the fact that copper(II)

acetate instead of copper chloride, nitrate, or sulfate had on hand. Actually, the basicity of the acetate ions is needed to

favor the deprotonation of pyrazole and water to form pyrazolates and the capping

μ

3

-OH, respectively. This point was



further confirmed by the obtaining of analogous trinuclear triangular derivatives by employing copper formate, propionate,

and butyrate [11], while the reaction failed when copper trifluoroacetate was used [10], the basicity of the CF

3

COO


anion


TRINUCLEAR TRIANGULAR CU

II

MOIETIES TO BUILD CPS



411

  3 Cu(RCOO)

2

  + m Hpz



[Cu

3

(



μ

3

-OH)(



μ-pz)

3

(RCOO)



2

L

x

L'

y

]

.



H

2

O  +  4 RCOOH



1    R = CH

3

,  m = 4,  L = Hpz, x = 1, y = 0, n = 0



2    R = H,  m = 5,  L = L' = Hpz, x = y = 1, n = 1

3a  R = CH

3

CH

2



,  m = 3,  L = EtOH, x = 1, y = 0, n = 0

3b  R = CH

3

CH

2



,  m = 3,  L = H

2

O, x = 1, y = 0, n = 0



3c  R = CH

3

CH



2

,  m = 3,  L = H

2

O, x = 1, y = 0, n = 1



4a  R = CH

2

=CH, m = 4,  L = Hpz, L' = H



2

O, x = 1, y = 2, n = 0

4b  R = CH

2

=CH, m = 3,  L = MeOH, x = 1, y = 0, n = 0



5    R = CH

2

=C(CH



3

), m = 3, x = 0, y = 0, n = 0

6    R = CH

3

(CH



2

)

2



,  m = 3,  L = MeOH,  L' = H

2

O, x = y = 1, n = 0



7    R = CH

3

(CH



2

)

3



,  m = 3,  L = H

2

O, x = 1, y = 0, n = 0



8    R = CH

3

(CH



2

)

4



,  m = 3,  L = EtOH, x = 1, y = 0, n = 0

9    R = CH

3

(CH


2

)

5



,  m = 3,  L = EtOH, x = 1, y = 0, n = 0

.

H



2

O,  EtOH, or MeOH

1-9

N

N



N

N

Cu



N

N

Cu



Cu

O

H



2+


Download 11.05 Mb.

Do'stlaringiz bilan baham:
1   ...   63   64   65   66   67   68   69   70   ...   115




Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©fayllar.org 2024
ma'muriyatiga murojaat qiling