Nanochannels of Covalent Organic Frameworks for Chiral Selective Transmembrane Transport of Amino Acids

化学 共价键 亚胺 堆积 分子 生物分子 组合化学 离子键合 共价有机骨架 纳米技术 有机化学 离子 材料科学 催化作用 生物化学
作者
Yuan Chen,Xiaowei Wu,Rui Gao,Xing Han,Yan Liu,Yi‐Tao Long,Yong Cui
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:141 (51): 20187-20197 被引量:219
标识
DOI:10.1021/jacs.9b10007
摘要

Mimicking cellular transport mechanisms to make solid-state smart nanochannels has long been of great interest for their diverse applications, but it poses a critical synthetic challenge. Covalent organic frameworks (COFs) are porous crystalline materials with tailor-made nanochannels and hold great potential for ion and molecule transport. We demonstrate here for the first time that 2D COFs possess the necessary merits to be promising solid-state nanochannels for selective transport of amino acids, which are the basis for life. By imine condensations of a C3-symmetric trialdehyde and a mixture of diamines with and without divinyl groups, two vinyl-functionalized 2D COFs are crystallized. Both multivariant COFs afford straight 1D mesoporous channels formed by AA or AB stacking of layered hexagonal networks. After postmodification with chiral β-cyclodextrin (β-CD) via thiol–ene click reactions, the COFs are further fabricated into free-standing mixed matrix membranes (MMMs) that can selectively transport amino acids, as revealed by monitoring not only transmembrane ionic current signature but also concentration changes of permeated substrates. Specially, in the membrane system, the AA stacked COF exhibits higher chiral recognition capability toward histidine enantiomers than the AB stacked COF because of its uniform open channels decorated with β-CD. This work highlights the great potential of COF nanochannels as a platform for accumulating functional groups for selective transport of small molecules and even biomolecules in the solid state.
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