From Guest‐Induced Crystallization to Molecular Imprinting: Calculation‐Guided Discovery of Hydrogen‐Bonded Tetrazole Frameworks for p‐Xylene Separation

乙苯 四唑 结晶 选择性 密度泛函理论 氢键 材料科学 分子印迹 二甲苯 分子 组合化学 计算化学 化学 甲苯 有机化学 催化作用
作者
Yi Su,Qiang Gao,Xiaojun Ding,Gang Ye
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/anie.202423932
摘要

Exploring host‐guest interactions to regulate hydrogen‐bonding assembly offers a promising approach for developing advanced porous crystal materials (PCMs). However, screening compatible guests with appropriate geometries and host‐guest interactions that could inhibit the dense packing of building blocks remains a primary challenge. This study presents a novel guest‐induced crystallization (GIC) strategy, guided by thermodynamic calculations, to develop porous hydrogen‐bonded organic frameworks (HOFs) using structurally challenging tetrazole building units. Thermodynamic principles are established from the crystal structure data and the density functional theory calculation of the formation energy (ΔE). This provides criteria to identify available guests in GIC, enabling the successful discovery of a hidden HOF that is kinetically challenging to crystallize. Furthermore, the potential application for p‐xylene (PX) separation is predicted by analyzing the ΔE of guest‐induced HOFs. A high PX selectivity (PX/m‐xylene=6.1, PX/o‐xylene=7.2, and PX/ethylbenzene=4.1) is achieved through selective inclusion of PX from C8 aromatic isomers within the guest‐induced HOFs. Significantly, the guest‐free HOF (HOF‐PX‐a), bearing PX‐templated cavities derived from molecular imprinting, shows a record‐high PX/ethylbenzene selectivity (21.7) in liquid adsorption. This work elucidates the underpinning self‐assembly rules of GIC for HOF construction, providing exciting new opportunities for the predictable assembly of PCMs for molecular recognition and target‐specific separations.
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