手性金属-有机框架的合成与性质研究进展★

doi:10.6023/A26020039

化学学报 ›› 2026, Vol. 84 ›› Issue (5): 723-735.DOI: 10.6023/A26020039 上一篇下一篇

综述

手性金属-有机框架的合成与性质研究进展^★

孙天凯, 韩宗甦, 程鹏, 师唯^*()

南开大学化学学院天津 300071

投稿日期:2026-02-01 发布日期:2026-04-14
通讯作者: 师唯

作者简介:

孙天凯, 博士研究生. 2019年毕业于南开大学(分子科学与工程专业), 获理学学士和工学学士学位. 2019年起在南开大学化学学院攻读博士学位. 主要研究方向为手性金属-有机框架的设计及其在对映异构体识别中的应用.

韩宗甦, 2016年在南开大学化学学院获理学学士学位, 2022年在南开大学化学学院获理学博士学位. 主要研究方向为金属-有机框架的孔道编辑工程及其在荧光识别中的应用.

程鹏, 南开大学化学学院教授, 博士生导师, 教育部“长江学者”计划特聘教授, 国家自然科学基金杰出青年科学基金获得者. 主要从事配位化学相关的研究工作.

师唯, 南开大学化学学院教授, 博士生导师, 入选教育部新世纪优秀人才支持计划, 国家自然科学基金优秀青年科学基金获得者. 主要从事功能配合物化学相关的研究工作.

★ “框架材料化学”专辑.

基金资助:
国家自然科学基金(22471130)

Research Progress in the Synthesis and Properties of Chiral Metal-Organic Frameworks^★

Tiankai Sun, Zongsu Han, Peng Cheng, Wei Shi^*()

College of Chemistry, Nankai University, Tianjin 300071, China

Received:2026-02-01 Published:2026-04-14
Contact: Wei Shi
About author:
★ For the VSI “Chemistry of Framework Materials”.
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(22471130)

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摘要/Abstract

手性金属-有机框架作为一类结构高度可调控的先进手性微孔材料, 在医学、生物和光学等领域展现出诱人的应用前景. 近年来, 关于手性金属-有机框架的研究取得了系列重要进展, 但随着相关研究与诸多领域的交叉融合, 也产生了新的挑战, 如手性配体和手性金属-有机框架的高效合成, 在潜在应用场景中的稳定性和在对映选择性应用中的分子机制等. 本综述讨论了手性金属-有机框架的直接合成策略(基于手性配体直接合成、基于非手性配体的自发拆分、手性模版诱导和手性缺陷工程合成)和后修饰合成策略(金属离子节点后修饰、有机配体后修饰和功能客体后修饰), 并对近五年手性金属-有机框架在对映选择性传感、对映异构体分离、不对称催化和手性光学等方面的进展进行了总结和展望.

关键词: 金属-有机框架, 手性, 合成策略, 对映选择性应用

Chiral metal-organic frameworks, as a class of advanced chiral materials with highly tunable structures, exhibit promising applications in the fields of medicine, biology, optics and so on. Recently, significant progresses of chiral metal- organic frameworks have been achieved. However, with the interdisciplinary intersection and integration of relevant research and various fields, new challenges have emerged, such as the efficient synthesis of chiral ligands and chiral metal-organic frameworks, their stability in potential application scenarios, and the molecular-level mechanisms underlying their enantioselective applications. This review discusses the direct synthetic strategies of chiral metal-organic frameworks (direct synthesis based on chiral ligands, spontaneous resolution from achiral ligands, chiral template induction, and chiral defect engineering) as well as post-synthetic modification strategies (post-modification of metal ion nodes/organic ligands and post-modification of functional guests). Furthermore, this review summarizes the research advances of chiral metal-organic frameworks in enantioselective sensing, enantiomers separation, asymmetric catalysis, and chiral optics in recent five years, and provides an outlook in the future development of this field.

Key words: metal-organic framework, chirality, synthetic strategy, enantioselective application

引用此文

孙天凯, 韩宗甦, 程鹏, 师唯. 手性金属-有机框架的合成与性质研究进展^★[J]. 化学学报, 2026, 84(5): 723-735.

Tiankai Sun, Zongsu Han, Peng Cheng, Wei Shi. Research Progress in the Synthesis and Properties of Chiral Metal-Organic Frameworks^★[J]. Acta Chimica Sinica, 2026, 84(5): 723-735.

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图/表 9

图1. Web of Science检索“手性金属-有机框架”文献数量的结果

Figure 1. The search results for “chiral metal-organic frameworks” in Web of Science

图2. 手性金属-有机框架的合成策略

Figure 2. The synthetic strategies for chiral metal-organic frameworks

图3. (A) 手性二维金属-有机框架1P和1M中Ni2＋离子周围的有机配体排列. (B) 1M和1P的螺旋结构. (C) 1M和1P中Ni2＋配位环境的绝对构型. (D) 二维到三维平行互穿结构. 经参考文献[38]许可转载, 版权2025 Wiley-VCH

Figure 3. (A) Arrangements of organic ligands around the Ni(II) centers in chiral 2D MOF, 1P and 1M. (B) The helical structure of 1M and 1P. (C) Absolute configurations around Ni(II) centers in the 1M and 1P. (D) Structures of 2D→3D parallel interpenetration. Reprinted with permission from ref. [38], Copyright 2025 Wiley-VCH

图4. (A)手性缺陷金属-有机框架合成步骤. (B)四种手性缺陷金属-有机框架的孔径分布和酸碱稳定性. (C)四种手性缺陷金属-有机框架结构示意图. 经参考文献[41]许可转载, 版权2023爱思唯尔出版集团

Figure 4. (A) Synthetic route for chiral defective metal-organic frameworks. (B) Pore size distribution and acid-base stability and (C) structures of four schematic diagrams of defective metal-organic frameworks. Reprinted with permission from ref. [41], Copyright 2023 Elsevier Publishing Group

图5. 通过手性连接体插入法构筑PCN-700-C. 经参考文献[46]许可转载, 版权2024, 作者

图6. Zn-MOF的离子交换. 第一步: 用N-苄基奎宁阳离子交换二甲胺阳离子. 第二步: 引入Tb3＋. 经参考文献[48]许可转载, 版权2019, 作者

Figure 6. Ion exchange of Zn-MOF. First step: the replacement of (CH3)2NH2＋ with N-benzylquininium cations. Second step: the lead-in of Tb3＋. Reprinted with permission from ref. [48], Copyright 2019 The Authors

图7. (A) I/II-C-Tb对对映异构体混合物ee值的传感. (B) I/II-C-Tb的对映选择性的传感机理. 经参考文献[52]许可转载, 版权2022 Wiley-VCH

Figure 7. (A) Sensing of ee values of I/II-C-Tb towards enantiomeric mixtures. (B) Enantioselective sensing mechanism of I/II-C-Tb. Reprinted with permission from ref. [52], Copyright 2022 Wiley-VCH

图8. (A)配体H4L1和H4L2的分子结构. (B) CMOF-1和CMOF-2的8连接和12连接的Zr6簇. (C) CMOF-1和CMOF-2的3D结构. (D) CMOF-1和CMOF-2的哑铃状空腔. 经参考文献[12]许可转载, 版权2022美国化学学会

Figure 8. (A) Molecular structures of H4L1 and H4L2. (B) 8- and 12-connected Zr6 clusters in CMOF-1 and CMOF-2. (C) 3D structures of CMOF-1 and CMOF-2; (D) Dumbbell-like cavities in CMOF-1 and CMOF-2. Reprinted with permission from ref. [12], Copyright 2022 American Chemical Society

图9. 通过利用配位键的高可逆性和动态特性, 以及源自动态聚集调节的刺激响应型发光体的特性, 设计并构建具有高度动态聚集态的可溶液加工金属-有机框架系统. 经参考文献[64]许可转载, 版权2025 Wiley-VCH

Figure 9. The design and construction of the solution-processable MOF system featuring highly dynamic aggregation states by utilizing the highly reversible and dynamic features of coordination bonding, and the features of stimuli-responsive luminophore originated from dynamic aggregation tuning. Reprinted with permission from ref. [64], Copyright Copyright 2025 Wiley-VCH

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手性金属-有机框架的合成与性质研究进展★

Research Progress in the Synthesis and Properties of Chiral Metal-Organic Frameworks★

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