芳基恶唑烷酮是一类具有生物活性的氮杂环化合物，在医药、农药以及抗菌和除草等领域都具有非常广泛的应用，合成具有芳基恶唑烷酮类药物和中间体，一直是化学界和药物合成界研究的热点。具有多活性位点均相离子液体催化剂展现出良好的催化效果，但活性组分易流失，无法长效循环利用，且催化剂不易分离。如何充分发挥均相离子液体催化剂多功能性和高活性，同时实现高效分离和可循环利用是催化剂产业化应用亟待解决的瓶颈问题。
近日，化学工程学院绿色催化材料与过程技术研究团队联合中国科学院青海盐湖研究所研究人员开发了一种磁性MOF孔径限域离子液体亚纳米结构催化剂。通过聚苯乙烯磺酸钠 (PSS) 修饰具有SiO₂包覆层的Fe₃O₄，并在外层原位构建可实现磁性分离的Fe₃O₄@MOF材料 (MAG-UiO-66)，后利用MOF亚纳米空间孔径限域自组装1-丁基-3-甲基咪唑溴盐 ([C₄mim] [OAc]) 离子液体活性组分，构建一种高活性、易回收、可循环利用的磁性MOF限域催化剂MAG-UiO-66-IL(OAc)，设计思路如图1所示。

图1. 磁性MOF限域催化剂MAG-UiO-66-IL(OAc)设计图
该催化剂在芳胺和环状碳酸酯合成芳基恶唑烷酮的催化性能测试中，以95%的高产率得到芳基恶唑烷酮。其稳定性和重复使用性较传统“锚定型”和“接枝型”固载化催化剂均有较大幅度提升，用磁铁就可以轻易回收，重复使用10次，产率依然能够达到90%以上，催化剂活性及重复使用性测试如图2所示。

图2. 磁性限域催化剂：催化活性及重复使用性测试
实验数据表明，合成的磁性限域催化剂MAG-UiO-66-IL(OAc)依然保持UIO-66的晶体结构，离子液体活性组分[C₄mim] [OAc]被成功限域自组装至磁性载体MAG-UIO-66中并存在于纳米笼内，并通过量子化学计算和辅助实验研究进一步支持了所提出的反应机理。催化剂的部分表征数据如图3所示。



图3. 磁性MOF限域催化剂部分表征数据示意图
该项成果以题为“A magnetic pore-confined catalyst with ionic liquids supported on MOFs for the synthesis of aryl-oxazolidinones: design, performance, and recyclability”发表在化工领域知名期刊Chemical Engineering Journal (中科院一区，IF=15.1)，沈阳化工大学种思颖、李佼妍为本研究第一作者，王康军教授、张雅静教授和中国科学院青海盐湖研究所柳瑞瑞为通讯作者，赵爽、黄刚伟参与研究。
Chong S, Li J, Zhao S, et al. A magnetic pore-confined catalyst with ionic liquids supported on MOFs for the synthesis of aryl-oxazolidinones: design, performance, and recyclability[J]. Chemical Engineering Journal, 2024: 148678.
DOI: 10.1016/j.cej.2024.148678
https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.148678