A Redox-Active Supramolecular Fe4L6 Cage Based on Organic Vertices with Acid–Base-Dependent Charge Tunability for Dehydrogenation Catalysis

化学 超分子化学 催化作用 脱氢 咪唑 氧化还原 活动站点 超分子催化 超分子组装 组合化学 光化学 立体化学 高分子化学 有机化学 晶体结构
作者
Yu‐Lin Lu,Jiaqi Song,Yu-Han Qin,Jing Guo,Yin‐Hui Huang,Xiaodong Zhang,Mei Pan,Cheng‐Yong Su
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:144 (19): 8778-8788 被引量:49
标识
DOI:10.1021/jacs.2c02692
摘要

Supramolecular cage chemistry is of lasting interest because, as artificial blueprints of natural enzymes, the self-assembled cage structures not only provide substrate-hosting biomimetic environments but also can integrate active sites in the confined nanospaces for function synergism. Herein, we demonstrate a vertex-directed organic-clip chelation assembly strategy to construct a metal-organic cage Fe4L68+ (MOC-63) incorporating 12 imidazole proton donor-acceptor motifs and four redox-active Fe centers in an octahedral coordination nanospace. Different from regular supramolecular cages assembled with coordination metal vertices, MOC-63 comprises six ditopic organic-clip ligands as vertices and four tris-chelating Fe(N∩N)3 moieties as faces, thus improving its acid, base, and redox robustness by virtue of cage-stabilized dynamics in solution. Improved dehydrogenation catalysis of 1,2,3,4-tetrahydroquinoline derivatives is accomplished by MOC-63 owing to a supramolecular cage effect that synergizes multiple Fe centers and radical species to expedite intermediate conversion of the multistep reactions in a cage-confined nanospace. The acid-base buffering imidazole motifs play a vital role in modulating the total charge state to resist pH variation and tune the solubility among varied solvents, thereby enhancing reaction acceleration in acidic conditions and rendering a facile recycling catalytic process.
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