有机化学论文
手性现象在自然界中广泛存在，诸如 L-构型的天然氨基酸（甘氨酸无手性碳）、D-构型核糖以及右旋的 DNA 等[1].手性化合物的对映异构体，尤其是手性药物，通常具有不同的药物活性、作用机理、代谢途径和毒理作用等，因而获得单一对映异构体至关重要，这也是分离科学面临的挑战。近年来，为提高手性分离效率和适用范围，文献报道了一些新的手性分离方法。其中，金属有机骨架材料（metal-organic frameworks,MOFs）因其独特的物理化学特性成为广泛关注的研究热点。
MOFs,又称配位聚合物，是一类由金属离子簇和有机配体通过配位作用形成的多孔骨架结构化合物，其中金属或金属簇作为顶点，由配位基团包裹金属离子而形成小的结构单元称为次级结构单元（secondary building unit,SBU），通过刚性或者半刚性的有机配体连接而形成周期性拓扑结构[2].
利用其金属离子和有机配体的多样性可以合成空间结构各异、孔径大小可调的 MOFs,兼具高比表面积、大孔隙率、良好的热稳定性等诸多特性。由于MOFs 易于进行孔内和表面修饰，其在吸附[3]、催化[4]、传感[5]和生物成像[6]等诸多领域都有着广阔的应用前景。在分析化学领域，MOFs 也用于气相色谱（GC）、液相色谱（LC）和固相微萃取（SPE）等[1].随 着 功 能 化 MOFs 研 究 热 潮 的 兴 起，Aoyama等[7]用硝酸镉和非手性的 5-（9-蒽基）嘧啶合成了光学纯的手性 MOFs,随后大量手性 MOFs被报道并应用于分子识别、不对称催化和对映异构体分离等领域[8].得益于新型手性 MOFs 合成方法的快速发展，目前手性 MOFs 在对映异构体选择性萃取方面的研究也日渐深入。
1 手性 MOFs 的合成方法。
手性 MOFs 可以形成均一手性环境的孔道，使其具有手性识别功能，进而用于对映异构体的分离与萃取。就手性 MOFs 合成过程中的手性来源而言，主要可以从以下几方面引入手性中心：手性配体、手性次级结构单元和后修饰。
1.1 引入光学纯的有机配体。
通常而言，无机金属离子和手性有机配体通过一锅煮的方式即可合成均一的手性 MOFs,该方法简便易行，是最常用的合成手性 MOFs 的方法之一。常用的有机配体包括氨基酸、异烟酸以及樟脑磺酸等，旋光纯的有机配体作为骨架链接金属离子或次级结构单元，从而合成均一的手性 MOFs,如图1 所示。
氨基酸因其独特的生物功能和易修饰的特性被广泛应用于合成手性 MOFs.Wang 等[9]利用丝氨酸的衍生物桥连铜原子，成功地合成了多孔的手性MOFs.将吡啶修饰在丝氨酸分子上，吡啶基连同羧酸基再桥接过渡金属离子，进而延伸形成二维手性骨架[Cu2L2Cl2]·H2O （L:（S）-3-hydroxy-2-（pyridin-4-ylmethyl-amino）propanoic acid），该手性 MOFs 具有 3 个手性中心。
金属离子与氨基以及肽段之间的相互作用亦可用于自组装合成手性 MOFs.Mantion 等[10]使用短肽 Z-（LVal）2-L-Glu（OH）-OH 合成了基于铜离子和钙离子的手性 MOFs.金属与氧原子、氮原子的配位作用、氢键和 π-π 堆积作用使这类 MOFs 十分稳定。与[010]晶向平行存在的手性孔道可用于手性分离，尺寸约为 0. 101 nm3.
三维手性金属有机骨架化合物[PMIm][Co2（D-Cam）2（CH3COO）]和[BMIm][Mn2（D-Cam）2（CH3COO）]·H2O （PMIm = 1-丙基-3-甲基咪唑，D-Cam = D-樟脑酸，BMIm = 1-丁基-3-甲基咪唑）可通过离子热法合成。D-樟脑酸提供手性中心，并用于桥连次级结构单元[11].
1.2 组装手性次级结构单元。
光学纯的有机配体可以作为手性辅助配体与金属离子组装手性次级结构单元，进而作为节点与非手性链形成均一的手性 MOFs.对于刚性较弱的手性有机配体，通常较难形成稳定的骨架结构。因而在设计合成手性 MOFs 时，该类有机配体通常先与金属离子形成零维、一维或二维次级结构单元（见图 2），然后通过其他刚性非手性配体构筑手性MOFs.
Kim 等[12]将 L-乳酸与 Zn 离子组成手性次级结构单元，而后通过非手性的对苯二甲酸作为骨架进行桥连，从而合成了手性 Zn2（bdc）（L-lac）（dmf）（bdc=对苯二甲酸，L-lac =L-乳酸，dmf =N,N-二甲基甲酰胺）。与之类似，Tan 等[13]报道了利用旋光纯的丝氨酸、对苯二甲酸以及 Zn（NO3）2·6H2O 在 N,N-二甲基甲酰胺溶液中采用溶剂热法合成手性 MOFs.Chang 等[14]对此合成方法进行了改进，在常压条件下合成了此类手性 MOFs,进而简化了合成步骤。光学纯的氨基酸不仅可用作有机配体桥接金属离子簇或者次级结构单元，还可与金属离子形成手性次级结构单元，从而合成手性 MOFs.天冬氨酸含 1 个氨基和 2 个羧基，具有较强的金属配位能力。
首先通过溶剂热法合成 Ni（L-asp）·3H2O（L-asp =L-天冬氨酸），然后在甲醇 / 水混合溶液中与 4,4′-联吡啶反应，于 150 ℃下合成[Ni2（L-asp）2（bipy）]·guests（bipy = 4,4′-联吡啶）。镍离子通过八面体配位与天冬氨酸分子形成手性 Ni（L-asp）层，然后通过联吡啶连接构成延伸的三维骨架结构[15].
采用一锅煮的方式可使上述合成方法更加便捷。例如，Zhang 等[16]将 Cd（NO3）2·4H2O、4,4′-联苯二甲酸和 L-亮氨酸在二甲基乙酰胺（N,N-dim-ethylacetamide,DMA）溶剂中于 140 ℃ 反应 2 天，直接合成手性 [（CH3）2NH2][Cd （bpdc）1. 5]·2DMA（bpdc = 4,4′-联苯二甲酸）。
1.3 后修饰。
后修饰法即从初步合成的非手性 MOFs 出发，通过对配体或金属离子簇的修饰合成手性 MOFs.与上述两种方法相比，手性后修饰方法可以有效地避免手性配体的消旋现象。同时，由于后修饰方法的多样性，该方法极大地拓展了手性 MOFs 的种类。Bonnefoy 等[17]首次报道了通过微波辅助的方法将光学纯的肽段修饰在 MOFs 的孔道中，从而得到后修饰的手性 MOFs.该方法以 Al-MIL-101-NH2、In-MIL-68-NH2和 Zr-UiO-66-NH2为模板分子，然后将氨基酸和短肽通过共价键合修饰在MOFs 孔道中。实验所用 3 种不同 MOFs 模板分子具有不同的拓扑结构、三维空间结构以及孔道尺寸，但均能够使用微波辅助的方式进行修饰，验证了该方法的广泛适用性。