山东师范大学董育斌教授课题组近年来重要工作概览

董育斌，山东师范大学化学化工与材料科学学院教授，博士生导师。教育部长江学者特聘教授（2011年度），教育部“长江学者和创新团队发展计划”创新团队带头人，入选国家百千万人才工程，是国家级“有突出贡献中青年专家”，山东省泰山学者攀登计划专家，山东省泰山学者特聘教授（两个聘期），享受国务院政府特殊津贴专家。入选美国斯坦福大学发布的全球前2%顶尖科学家榜单和2020-2022爱思唯尔中国高被引学者（化学）。主要从事超分子和金属有机化学的教学和研究工作。代表性成果发表在J. Am. Chem. Soc., Nat. Commun.和Angew. Chem.等刊物上。授权发明专利30余件。曾获全国先进工作者和全国优秀科技工作者等荣誉称号。曾获国家自然科学二等奖（排名2）和国家科技进步二等奖（排名2）等奖励。

董育斌 教授

下面简要介绍董育斌教授课题组近五年来在共价有机框架（COF）领域的代表性研究工作：

（一）具有光热转换性质的手性COF的合成及其催化应用

众所周知，不对称催化反应大多在低温进行，其目的是保证产品的高ee值。但低温反应往往导致低产率。此外，贵金属手性配合物的均相催化一直是不对称催化的主流，但其回收利用困难。鉴于此，董育斌教授课题组将卟啉和手性甲基哌嗪单体组装合成手性CCOF-CuTPP，在分别负载了纳米Pd和Au后，所得到的Au@CCOF-CuTPP和Pd@CCOF-CuTPP在可见光照射下可以有效地实现光热转换，可以高产率和高立体选择性地催化Henry和A³-coupling反应。由于CCOF强大的手性限域效应，在提高温度的条件下反应仍能保持高的立体选择性，很好地解决了以牺牲产率为代价而获取高ee值的问题。此外，由于是异相催化，催化剂可以回收和多次循环利用并保持其催化活性和立体选择性。

光热转换CCOF高效催化不对称Henry和A³-coupling反应

有趣的是，Au@CCOF-CuTPP和Pd@CCOF-CuTPP驱动的不对称催化反应在太阳光的照射下亦可有效地进行，为绿色、环保和节能的异相手性催化剂的设计合成提供了新思路（Nat. Commun., 2019, 10, 3368）。

在此基础上，该课题组进一步设计合成了多功能手性 (R)-CuTAPBN-COF。值得注意的是该CCOF的手性控制和催化中心不在同一分子本体上，类似于酶的结构。在可见光照射下，该CCOF可以催化热驱动的三组分原位一锅不对称Strecker反应一步合成 (S)-氯吡格雷的中间体 (S)-CIK。作为ADP受体阻滞剂，(S)-氯吡格雷是目前国际上最畅销的抗血小板和抗血栓药物之一。有趣的是，反应在太阳光照射下仍可有效地进行（体系温度为~47 ℃），3小时内 (S)-CIK的产率和ee值分别达到70％和92％。实验证明该催化反应具有很好的普适性，为基于CCOF催化的绿色节能“窗台反应”的发展提供了实验基础（J. Am. Chem. Soc., 2020, 142, 6521-6526）。

多功能手性 (R)-CuTAPBN-COF的合成及其催化合成药物中间体的应用

此外，该课题组进一步实现了该药物中间体在固定床连续流模型反应器上克级水平的合成。为绿色便捷的制备其它手性药物和及中间体提供了新途径。

之后，他们又尝试了基于CCOF催化剂的药物中间体的合成。例如，把BINOL-磷酸引入到手性铜卟啉COF中，实现了在光热转换条件下 (R)-MPP（一种血管生长抑制剂中间体）的高产率和高选择性的合成。同样，在自然光照射下，反应也能顺利进行，其产率和ee值分别达到65和94%。除了实现其克级的合成（产率93%, ee 93%），他们还证明了该反应的普适性（Chem. Sci., 2022, 13, 1906 – 1911）。

(R)-CuTAPBP-COF的合成、结构及其在醛的对映选择性α-卞基化中的应用（左）。(R)-MPP的合成（右）。

（二）多组分原位一锅法合成COF及其催化应用

多组份反应（MCRs）是至少三组分的反应。作为高效原位一锅法的合成方法，MCRs具有高度原子经济性。董育斌教授课题组的研究表明MCRs同样可以用于COF的合成。例如，他们通过Strecker和Povarov三组分原位反应构建了一系列COFs。研究表明这两种MCRs用于合成COFs具有普适性（J. Am. Chem. Soc., 2020, 142, 6521-6526）。

利用Strecker和Povarov三组分原位一锅反应构建COFs

此外，该课题组发展了基于多组分原位一锅的Doebner反应 (J. Mater. Chem. A, 2022, 10, 3346–3358；Chem. Commun., 2022, 58, 2508–2511)、Kabachnik-Fields反应（J. Hazard. Mater., 2022, 433, 128831）、A³-coupling 反应（J. Am. Chem. Soc., 2020, 142, 16915−16920; J. Am. Chem. Soc., 2022, 144, 6681-6686）和亚胺离子形成反应（Chem. Sci., 2022, 13, 7846−7854；Chem. Sci., 2023, 14, 3642–3651）的合成COFs的新方法。

基于上述工作，该课题组应J. Am. Chem. Soc.主编Carreira教授的邀请发表了基于MCRs合成COFs的Perspective Article，文章系统地总结了该领域的最新进展并作出展望（J. Am. Chem. Soc., 2023, 145, 1475−1496）。

但是，目前报道的用于构建COFs的MCRs都是热驱动的反应。最近，他们又成功地利用光催化的多组分原位一锅 Petasis 反应合成了一系列COFs，为基于MCRs的COFs的合成提供了新的维度。实验证明该光催化多组分原位一锅聚合法合成COF具有普适性。所合成的COFs具有优异的光学活性，可以高效催化可见光驱动的芳基硼酸的氧化羟基化。同时，该类COFs光和化学稳定性好，可以多次循环利用（J. Am. Chem. Soc., 2023, 145, 4951−4956）。

利用光催化多组分原位一锅聚合合成COF及其光催化应用

（三）不对称催化聚合法合成手性COF及其催化应用

手性单体直接聚合是目前合成手性共价有机框架（CCOF）的主流方法。而不对称催化才是有机化学中合成手性化合物的优势方法。基于此，董育斌教授课题组发展了由前手性单体经不对称催化聚合合成CCOF的新方法。在手性Cu(I)-pybox催化剂存在下，通过室温不对称A³-coupling反应高产率地合成了手性(S)-DTP-COF和(R)-DTP-COF。所合成的CCOFs可以高效地催化不对称Michael加成反应（产率82−99%，dr 68:32−88:12，ee 90−99%）。通过不同的前手性单体聚合实验，他们证明了该方法合成CCOF具有普适性。

通过不对称A³-coupling聚合反应合成手性COFs

在此基础上，该课题组进一步功能化了前手性单体，将卟啉和季铵盐功能团引入到CCOF中，在室温条件下合成了含有相转移官能团的光敏卟啉-CCOF。所合成的CCOF可以催化水相中的光不对称反应，于空气中实现硫醚到亚砜的不对称氧化（产率81−96%，ee 77−99%）。此外，他们将此催化应用拓展到手性药物的制备。在可见光照射下，(R)-DTP-COF-QA可以在水和空气条件下实现 (R)-莫达芬妮药物的克级合成。该研究为CCOF在光不对称催化中的应用开辟了新途径（J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 6681−6686）。

通过不对称A³-coupling聚合反应合成手性COFs及其光不对称催化应用

最近，该课题组应邀发表了基于COF的光催化应用综述（Coordin. Chem. Rev., 2022, 472, 214774; J. Mater. Chem. A, 2020, 8, 6957 – 6983）。

以上CCOF的不对称合成都是在手性金属-配合物催化剂的存在下完成的。该课题组近期发现手性有机小分子催化剂亦可用于CCOFs的合成。例如，2022年他们利用手性甲基吡咯烷为催化剂，在室温条件下合成了一系列CCOFs。由于条件温和，CCOF的克级合成很容易实现。该方法产率高，普适性好，胺、肼和酰肼单体皆可用于CCOF的合成。

由于所合成的CCOF含有螯合配位基团，他们进一步将CCOF进行了Cu(II)金属化，合成了含有金属的CCOF。金属离子的引入大大丰富和提高了CCOF的催化性能。与壳聚糖复合后，制备了基于Cu^II@(Λ)-TpPa-1@chitosan固定床模型反应器，实现了克级不对称A³-coupling反应（典型反应：产率 98%，ee 98%），并且可以至少循环利用10次（Angew. Chem. Int. Ed., 2022, 61, e202115044）。

该课题组在相关综述（Chem. Soc. Rev., 2022, 51, 6307–6416）中详细总结了有关金属化COF的合成及其应用。

有机手性小分子胺催化的CCOFs的合成

（四）自然光驱动的COF绿色合成及其催化应用

自然的太阳光是一种清洁、绿色和可持续的能源，它可以驱动“窗台反应”合成有机化合物。受此启发，董育斌教授课题组实现了自然阳光介导的光催化聚合合成COFs。在TBA-eosin Y催化剂的存在下，他们获得了一系列苯并恶唑连接的COFs。与传统的溶剂热法相比，这种清洁能源驱动的的COF合成更加节能绿色和可持续。所合成的COF可作为重复使用的光催化剂在温和条件下实现硫化物的可见光氧化生成亚砜（J. Am. Chem. Soc., 2022, 144, 18750−18755）。

太阳光触发的光催化聚合合成COF及其光催化应用

（五）纳米COF的合成及其治疗应用

最近的研究表明纳米COF材料在医药领域表现出潜在的应用前景。董育斌教授课题组在基于纳米COF的光动力（iScience, 2019, 14, 180–198）、光动力/光热（ACS Nano, 2019, 13, 13304-13316）、光动力/光热/化疗（Sci. China Mater., 2022, 65, 1122–1133）、光动力/化疗（Angew. Chem., Int. Ed., 2020, 59, 18042-18047；Chem. Sci., 2023, 14, 1453 - 1460）、化学动力学治疗（Small, 2021, 17, 2101368）、放疗（Chem. Sci., 2023, 14, 3642 – 3651）、化疗（Chem. Sci., 2022, 13, 7846–7854）和伤口愈合及健康防护（Adv. Healthc. Mater., 2021, 10, 2001821；J. Mater. Chem. A, 2022, 10, 3346–3358）等方面做了一些初步的探索，部分研究工作总结于课题组近期发表的综述中（Chem-Eur J., 2020, 26, 5583-5591; Nanoscale Adv., 2020, 2, 3656 – 3733; Inorg. Chem. Front., 2021, 8, 848-879；J. Mater. Chem. B, 2021, 9, 8906–8936；Chem. Soc. Rev., 2022, 51, 6307 – 6416）。

董育斌教授简介：

http://www.hxc.sdnu.edu.cn/show.jsp?urltype=news.NewsContentUrl&wbtreeid=1003&wbnewsid=1451