擬似5倍対称配位子が多孔質金属-有機・水素結合フレームワークの幾何学的フラストレーションを駆動することを示した

A pseudo five-fold symmetrical ligand drives geometric frustration in porous metal-organic and hydrogen bonded frameworks.

• Frederik Haase
• Gavin A Craig
• Mickaele Bonneau
• Kunihisa Sugimoto
• Shuhei Furukawa

抄録

網状体骨格材料はデザイン性を重視していますが、新しい構造や機能性を探求するためには、予期せぬ反応の結果が重要です。私たちは、「相容れない」ブロックを組み合わせることで、網状体材料の幾何学的フラストレーションを利用して、新たな構造的特徴を生み出すことに成功しました。ピロールコアをベースにした擬似的なC5対称有機ビルディングユニットとC4対称銅パドルホイールシンソンを組み合わせることで、合成条件を調整することで、3つの異なるフレームワークが得られました。これらのフレームワークは、幾何学的フラストレーションに典型的な構造的特徴を示した。すなわち、自己制限的な集合体、内部応力のかかった平衡構造、平衡構造のトポロジカル欠陥であり、それぞれ水素結合フレームワークの形成、歪んだり壊れたりした二次構造単位、ぶら下がったりした官能基の形成を示した。幾何学的フラストレーションがCO2収着挙動に与える影響と新たな二次構造単位の発見は、幾何学的フラストレーションが高度に複雑な多孔質フレームワークを得るための戦略として有用であることを示している。

Reticular framework materials thrive on designability, but unexpected reaction outcomes are crucial in exploring new structures and functionalities. By combining "incompatible" building blocks, we employed geometric frustration in reticular materials leading to emergent structural features. The combination of a pseudo C5 symmetrical organic building unit based on a pyrrole core, with a C4 symmetrical copper paddlewheel synthon led to three distinct frameworks by tuning the synthetic conditions. The frameworks show structural features typical for geometric frustration: self-limiting assembly, internally stressed equilibrium structures and topological defects in the equilibrium structure, which manifested in the formation of a hydrogen bonded framework, distorted and broken secondary building units and dangling functional groups, respectively. The influence of geometric frustration on the CO2 sorption behavior and the discovery of a new secondary building unit shows geometric frustration can serve as a strategy to obtain highly complex porous frameworks.