共价有机框架的构筑策略及其在肿瘤治疗中应用的研究进展 应用化学    2023, 40 (7): 976-994.   DOI:10.19894/j.issn.1000-0518.230092

自2005年首次合成COFs以来，通过硼酸与邻苯二酚衍生物可逆共价反应形成的硼酸酯连接的COFs是迄今为止最大的类别之一。其中，对苯二硼酸（BDBA）自缩合生成基于六元环B ₃O ₃的COF-1（图3a），BDBA与2，3，6，7，10，11-六羟基苯并菲（HHTP）共缩合生成基于五元环C ₂O ₂B的COF-5［24］。通过B、C和O原子之间的强相互作用形成的COF-1和COF-5具有较高的热稳定性（温度高达500~600 ℃）、永久孔隙率和高比表面积（分别为711和1590 m2/g）。

氰化物的三聚反应构建了一种具有—C—N—键的共价三嗪框架（CTF）。由于存在稳定的共价键和大量的氮原子，这类COFs具有良好化学稳定性和热稳定性。此外，其框架含有丰富氮元素的特性，赋予了材料表面强极性，使其在气体吸附分离、多相催化和光电等领域具有巨大的实际应用前景。Kuhn等通过1，4-二氰基苯（DCB）的动态三聚反应形成CTF-1［33］（图3b），通过2，6-二氰基萘的离子热缩合形成CTF-2［43］，所得CTF具有高比表面积、高热稳定性及化学稳定性，其中，CTF-1的比表面积高达791 m2/g。CTF-1、CTF-2的成功合成表明三嗪环（C ₃N ₃）是合成扩展有序层状框架的一个模块化连接单元。然而，由于高温下剧烈聚合过程中生成的CTF发生部分碳化，导致大多数合成的CTF具有无定形结构以及较差的结晶度和孔径分布。

为了避免硼类COFs的水解不稳定性，研究者们通过芳香胺和醛类物质之间的席夫碱缩合反应成功构建了亚胺连接的具有高度结晶性的COFs。2009年，Uribe-Romo等［48］通过四（4-胺基苯基）甲烷（TAM）与对苯二甲醛脱水缩合反应合成了基于亚胺的3D COFs，COF-300（图3c）。2011年，该课题组［49］又通过对苯二甲醛和四（对氨基苯基）卟啉（TAPP）缩合形成首个亚胺类2D COFs，COF-366，扩展的片状结构以层状排列赋予了COF-366优异的电荷载流子迁移率。为了提高亚胺类COFs的稳定性，Jiang课题组Xu等［30］报道了一种由1，3，5-三（4-氨基苯基）苯（TAPB）与2，5-二甲氧基对苯二甲醛（DMTP）脱水缩合生成的一种含有 β-甲氧基的亚胺基2D COF，TAPB-DMTP COF，其中甲氧基的共振效应降低了亚胺键的极性，增加了层间相互作用，具有更高的化学稳定性，使得这种COFs在电化学、生物传感及治疗方面应用广泛。

亚胺类COFs的稳定性较硼类COFs有了明显的提升，但亚胺键的固有可逆性和强极化依旧会影响其稳定性［53］。2012年，Kandambeth等［50］报道了一种在动态亚胺化学的基础上将可逆和不可逆有机反应相结合的新策略，在保证温和反应条件和材料高结晶度的同时，通过两步反应成功合成了基于 β-烯胺的COFs，TpPa-1和TpPa-2（图3d）。首先，由可逆希夫碱反应形成结晶骨架，再由不可逆的烯醇-酮互变异构，形成化学稳定性增强的COFs。其中不可逆的互变异构只涉及键的移动，不会影响COFs的结晶度。所得TpPa-1和TpPa-2在沸水和酸处理下表现出优异的耐受性，而TpPa-2在碱性介质（9 mol/L NaOH）中也表现出优异的稳定性。之后，该策略已成为制备高稳定性2D COFs的常用方法之一。2014年，Fang等［54］证明 β-烯胺键也可以用于形成三维框架的网状结构。实验中，通过使用四面体烷基胺1，3，5，7-四氨基金刚烷（TAA）与1，3，5-三甲酰基苯（TFB）或三甲酰基间苯三酚（TFP）结合，设计合成了两种新的3D微孔碱功能化COFs： BF-COF-1和BF-COF-2。该种COFs碱性活性催化位点丰富，可以催化碱性环境下的有机反应。