Postsynthetic covalent and coordination functionalization of rhodium(II)-based metal-organic polyhedra

Metal-organic polyhedra (MOP) are ultrasmall (typically 1-4 nm) porous coordination cages made from the self-assembly of metal ions and organic linkers and are amenable to the chemical functionalization of its periphery; however, it has been challenging to implement postsynthetic functionalization due to their chemical instability. Herein, we report the use of coordination chemistries and covalent chemistries to postsynthetically functionalize the external surface of â‰2.5 nm stable Rh(II)-based cuboctahedra through their Rh-Rh paddlewheel units or organic linkers, respectively. We demonstrate that 12 N-donor ligands, including amino acids, can be coordinated on the periphery of Rh-MOPs. We used this reactivity to introduce new functionalities (e.g., chirality) to the MOPs and to tune their hydrophilic/hydrophobic characteristics, which allowed us to modulate their solubility in diverse solvents such as dichloromethane and water. We also demonstrate that all 24 organic linkers can be postsynthetically functionalized with esters via covalent chemistry. In addition, we anticipate that these two types of postsynthetic reactions can be combined to yield doubly functionalized Rh-MOPs, in which a total of 36 new functional molecules can be incorporated on their surfaces. Likewise, these chemistries could be synergistically combined to enable covalent functionalization of MOPs through new linkages such as ethers. We believe that both reported postsynthetic pathways can potentially be used to engineer Rh-MOPs as scaffolds for applications in delivery, sorption, and catalysis

Tectonique moléculaire : conception et formation de polymères de coordination chiraux

The synthesis and the use of porous chiral coordination polymers for enantioselective processes are of current interest and prime importance in chemistry. These crystalline materials are mainly obtained by combinations of well-designed organic tectons and properly chosen metallic components. This thesis deals with the synthesis of organic chiral building blocks and their combinations with a variety of metallic salts leading to chiral coordination networks. In a first part, the use of tectons bearing neutral coordinating sites is described. Homochiral cuboid architectures displaying monodimensional channels are presented. In the second part, mono- and bi-dimensional networks of various geometries are described. In some cases, within crystals, interactions lower in energy than the coordination bond are observed and are responsible for the formation of molecular networks of higher dimensionality. Finally, the use of organic tectons displaying charged interaction sites is presented. Their combination with metallatectons under thermal treatments affords robust tridimensional homochiralarchitectures displaying cavities. These materials are interesting candidates for enantioselective recognition and separation. Their gas adsorption propensity (N2 and CO2) is briefly discussed.La formation de polymères de coordination poreux et chiraux ainsi que leur utilisation pour des processus énantiosélectifs est actuellement un des domaines de grand intérêt en chimie. La formation de ces matériaux est rendue possible par le biais des concepts développés dans le domaine de la tectonique moléculaire. Les travaux présentés dans cette thèse s’inscriventdirectement dans cette thématique. Les synthèses de tectons organiques chiraux sont présentées. Leur combinaison avec divers centres métalliques, via différentes méthodes de cristallisation, a permis l’obtention de monocristaux qui ont été étudiés par diffraction des rayons X sur monocristal. Dans un premier temps, des polymères de coordination homochiraux, obtenus par l’utilisation de tectons dotés de sites coordinants neutres sont présentés. Des réseaux de type cuboïde présentant des canaux monodimensionnels au sein de leur architecture sont notamment décrits. Par la suite, des édifices mono- et bi-dimensionnels de géométries diverses sont discutés. Pour certains de ces cristaux, des interactions de plus faible énergie que la liaison de coordination permettent la formation de réseaux moléculaires de plus haute dimensionnalité. Enfin, dans une dernière partie, l’utilisation de tectons dotés de sites coordinants chargés est discutée. Des réseaux tridimensionnels homochiraux poreux et robustes sont décrits. Ces derniers sont des candidats de choix pour des procédés énantiosélectifs de séparation. Leur propension à encapsuler des gaz (N2 et CO2) est présentée

Molecular tectonics : design and formation of chiral coordination polymers

La formation de polymères de coordination poreux et chiraux ainsi que leur utilisation pour des processus énantiosélectifs est actuellement un des domaines de grand intérêt en chimie. La formation de ces matériaux est rendue possible par le biais des concepts développés dans le domaine de la tectonique moléculaire. Les travaux présentés dans cette thèse s’inscriventdirectement dans cette thématique. Les synthèses de tectons organiques chiraux sont présentées. Leur combinaison avec divers centres métalliques, via différentes méthodes de cristallisation, a permis l’obtention de monocristaux qui ont été étudiés par diffraction des rayons X sur monocristal. Dans un premier temps, des polymères de coordination homochiraux, obtenus par l’utilisation de tectons dotés de sites coordinants neutres sont présentés. Des réseaux de type cuboïde présentant des canaux monodimensionnels au sein de leur architecture sont notamment décrits. Par la suite, des édifices mono- et bi-dimensionnels de géométries diverses sont discutés. Pour certains de ces cristaux, des interactions de plus faible énergie que la liaison de coordination permettent la formation de réseaux moléculaires de plus haute dimensionnalité. Enfin, dans une dernière partie, l’utilisation de tectons dotés de sites coordinants chargés est discutée. Des réseaux tridimensionnels homochiraux poreux et robustes sont décrits. Ces derniers sont des candidats de choix pour des procédés énantiosélectifs de séparation. Leur propension à encapsuler des gaz (N2 et CO2) est présentée.The synthesis and the use of porous chiral coordination polymers for enantioselective processes are of current interest and prime importance in chemistry. These crystalline materials are mainly obtained by combinations of well-designed organic tectons and properly chosen metallic components. This thesis deals with the synthesis of organic chiral building blocks and their combinations with a variety of metallic salts leading to chiral coordination networks. In a first part, the use of tectons bearing neutral coordinating sites is described. Homochiral cuboid architectures displaying monodimensional channels are presented. In the second part, mono- and bi-dimensional networks of various geometries are described. In some cases, within crystals, interactions lower in energy than the coordination bond are observed and are responsible for the formation of molecular networks of higher dimensionality. Finally, the use of organic tectons displaying charged interaction sites is presented. Their combination with metallatectons under thermal treatments affords robust tridimensional homochiralarchitectures displaying cavities. These materials are interesting candidates for enantioselective recognition and separation. Their gas adsorption propensity (N2 and CO2) is briefly discussed

Molecular tectonics : design and formation of chiral coordination polymers

La formation de polymères de coordination poreux et chiraux ainsi que leur utilisation pour des processus énantiosélectifs est actuellement un des domaines de grand intérêt en chimie. La formation de ces matériaux est rendue possible par le biais des concepts développés dans le domaine de la tectonique moléculaire. Les travaux présentés dans cette thèse s’inscriventdirectement dans cette thématique. Les synthèses de tectons organiques chiraux sont présentées. Leur combinaison avec divers centres métalliques, via différentes méthodes de cristallisation, a permis l’obtention de monocristaux qui ont été étudiés par diffraction des rayons X sur monocristal. Dans un premier temps, des polymères de coordination homochiraux, obtenus par l’utilisation de tectons dotés de sites coordinants neutres sont présentés. Des réseaux de type cuboïde présentant des canaux monodimensionnels au sein de leur architecture sont notamment décrits. Par la suite, des édifices mono- et bi-dimensionnels de géométries diverses sont discutés. Pour certains de ces cristaux, des interactions de plus faible énergie que la liaison de coordination permettent la formation de réseaux moléculaires de plus haute dimensionnalité. Enfin, dans une dernière partie, l’utilisation de tectons dotés de sites coordinants chargés est discutée. Des réseaux tridimensionnels homochiraux poreux et robustes sont décrits. Ces derniers sont des candidats de choix pour des procédés énantiosélectifs de séparation. Leur propension à encapsuler des gaz (N2 et CO2) est présentée.The synthesis and the use of porous chiral coordination polymers for enantioselective processes are of current interest and prime importance in chemistry. These crystalline materials are mainly obtained by combinations of well-designed organic tectons and properly chosen metallic components. This thesis deals with the synthesis of organic chiral building blocks and their combinations with a variety of metallic salts leading to chiral coordination networks. In a first part, the use of tectons bearing neutral coordinating sites is described. Homochiral cuboid architectures displaying monodimensional channels are presented. In the second part, mono- and bi-dimensional networks of various geometries are described. In some cases, within crystals, interactions lower in energy than the coordination bond are observed and are responsible for the formation of molecular networks of higher dimensionality. Finally, the use of organic tectons displaying charged interaction sites is presented. Their combination with metallatectons under thermal treatments affords robust tridimensional homochiralarchitectures displaying cavities. These materials are interesting candidates for enantioselective recognition and separation. Their gas adsorption propensity (N2 and CO2) is briefly discussed

Tectonique moléculaire (conception et formation de polymères de coordination chiraux)

La formation de polymères de coordination poreux et chiraux ainsi que leur utilisation pour des processus énantiosélectifs est actuellement un des domaines de grand intérêt en chimie. La formation de ces matériaux est rendue possible par le biais des concepts développés dans le domaine de la tectonique moléculaire. Les travaux présentés dans cette thèse s inscriventdirectement dans cette thématique. Les synthèses de tectons organiques chiraux sont présentées. Leur combinaison avec divers centres métalliques, via différentes méthodes de cristallisation, a permis l obtention de monocristaux qui ont été étudiés par diffraction des rayons X sur monocristal. Dans un premier temps, des polymères de coordination homochiraux, obtenus par l utilisation de tectons dotés de sites coordinants neutres sont présentés. Des réseaux de type cuboïde présentant des canaux monodimensionnels au sein de leur architecture sont notamment décrits. Par la suite, des édifices mono- et bi-dimensionnels de géométries diverses sont discutés. Pour certains de ces cristaux, des interactions de plus faible énergie que la liaison de coordination permettent la formation de réseaux moléculaires de plus haute dimensionnalité. Enfin, dans une dernière partie, l utilisation de tectons dotés de sites coordinants chargés est discutée. Des réseaux tridimensionnels homochiraux poreux et robustes sont décrits. Ces derniers sont des candidats de choix pour des procédés énantiosélectifs de séparation. Leur propension à encapsuler des gaz (N2 et CO2) est présentée.The synthesis and the use of porous chiral coordination polymers for enantioselective processes are of current interest and prime importance in chemistry. These crystalline materials are mainly obtained by combinations of well-designed organic tectons and properly chosen metallic components. This thesis deals with the synthesis of organic chiral building blocks and their combinations with a variety of metallic salts leading to chiral coordination networks. In a first part, the use of tectons bearing neutral coordinating sites is described. Homochiral cuboid architectures displaying monodimensional channels are presented. In the second part, mono- and bi-dimensional networks of various geometries are described. In some cases, within crystals, interactions lower in energy than the coordination bond are observed and are responsible for the formation of molecular networks of higher dimensionality. Finally, the use of organic tectons displaying charged interaction sites is presented. Their combination with metallatectons under thermal treatments affords robust tridimensional homochiralarchitectures displaying cavities. These materials are interesting candidates for enantioselective recognition and separation. Their gas adsorption propensity (N2 and CO2) is briefly discussed.STRASBOURG-Bib.electronique 063 (674829902) / SudocSudocFranceF

A Coordinative Solubilizer Method to Fabricate Soft Porous Materials from Insoluble Metal-Organic Polyhedra

Porous molecular cages have a characteristic processability arising from their solubility, which allows their incorporation into porous materials. Attaining solubility often requires covalently bound functional groups that are unnecessary for porosity and which ultimately occupy free volume in the materials, decreasing their surface areas. Here, a method is described that takes advantage of the coordination bonds in metal–organic polyhedra (MOPs) to render insoluble MOPs soluble by reversibly attaching an alkyl‐functionalized ligand. We then use the newly soluble MOPs as monomers for supramolecular polymerization reactions, obtaining permanently porous, amorphous polymers with the shape of colloids and gels, which display increased gas uptake in comparison with materials made with covalently functionalized MOPs

Switchable gate-opening effect in metal–organic polyhedra assemblies through solution processing

Gate-opening gas sorption is known for metal–organic frameworks, and is associated with structural flexibility and advantageous properties for sensing and gas uptake. Here, we show that gate-opening is also possible for metal–organic polyhedra (MOPs), and depends on the molecular organisation in the lattice. Thanks to the solubility of MOPs, several interchangeable solvatomorphs of a lantern-type MOP were synthesised via treatment with different solvents. One phase obtained through use of methanol induced a gate-opening effect in the lattice in response to carbon dioxide uptake. The sorption process was thoroughly investigated with in situ powder X-ray diffraction and simultaneous adsorption experiments. Meanwhile, solution processing of this flexible phase using THF led to a permanently porous phase without a gate-opening effect. Furthermore, we find that we can change the metallic composition of the MOP, and yet retain flexibility. By showing that gate-opening can be switched on and off depending on the solvent of crystallisation, these findings have implications for the solution-based processing of MOPs

Hysteresis in the Gas Sorption Isotherms of Metal-Organic Cages Accompanied by Subtle Changes in Molecular Packing

Structural deformation in response to gas sorption is rarely observed for porous molecular solids, when compared to porous framework materials. Here, we describe the effect of chemical modification on the exterior of lantern-type metal-organic cages on the emergence and then disappearance of cooperative gas uptake. The results suggest that supramolecular design of ligands can be used to reveal this behaviour

Hysteresis in the gas sorption isotherms of metal–organic cages accompanied by subtle changes in molecular packing

Structural deformation in response to gas sorption is rarely observed for porous molecular solids, when compared to porous framework materials. Here, we describe the effect of chemical modification on the exterior of lantern-type metal–organic cages on the emergence and then disappearance of cooperative gas uptake. The results suggest that supramolecular design of ligands can be used to reveal this behaviour

A Coordinative Solubilizer Method to Fabricate Soft Porous Materials from Insoluble Metal-Organic Polyhedra

Porous molecular cages have a characteristic processability arising from their solubility, which allows their incorporation into porous materials. Attaining solubility often requires covalently bound functional groups that are unnecessary for porosity, and which ultimately occupy free volume in the materials and decrease their surface areas. Here, we describe a method that takes advantage of the coordination bonds in metal-organic polyhedra (MOPs) to render insoluble MOPs soluble by reversibly attaching an alkyl-functionalized ligand. We then use the newly soluble MOPs as monomers for supramolecular polymerization reactions, obtaining permanently porous, amorphous polymers with the shape of colloids and gels, which display increased gas uptake in comparison with materials made with covalently functionalized MOPs.</p