A Robust Pyrazolate Metal–Organic Framework for Efficient Catalysis of Dehydrogenative C–O Cross Coupling Reaction

化学 催化作用 偶联反应 联轴节(管道) 金属 组合化学 有机化学 机械工程 工程类
作者
Rong‐Ran Liang,Zongsu Han,Peiyu Cai,Yihao Yang,Joshua Rushlow,Zhaoyi Liu,Kunyu Wang,Hong‐Cai Zhou
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (20): 14174-14181 被引量:39
标识
DOI:10.1021/jacs.4c03038
摘要

Construction of robust heterogeneous catalysts with atomic precision is a long-sought pursuit in the catalysis field due to its fundamental significance in taming chemical transformations. Herein, we present the synthesis of a single-crystalline pyrazolate metal-organic framework (MOF) named PCN-300, bearing a lamellar structure with two distinct Cu centers and one-dimensional (1D) open channels when stacked. PCN-300 exhibits exceptional stability in aqueous solutions across a broad pH range from 1 to 14. In contrast, its monomeric counterpart assembled through hydrogen bonding displays limited stability, emphasizing the role of Cu-pyrazolate coordination bonds in framework robustness. Remarkably, the synergy of the 1D open channels, excellent stability, and the active Cu-porphyrin sites endows PCN-300 with outstanding catalytic activity in the cross dehydrogenative coupling reaction to form the C-O bond without the "compulsory" ortho-position directing groups (yields up to 96%), outperforming homogeneous Cu-porphyrin catalysts. Moreover, PCN-300 exhibits superior recyclability and compatibility with various phenol substrates. Control experiments reveal the synergy between the Cu-porphyrin center and framework in PCN-300 and computations unveil the free radical pathway of the reaction. This study highlights the power of robust pyrazolate MOFs in directly activating C-H bonds and catalyzing challenging chemical transformations in an environmentally friendly manner.
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