हाइड्रोजन-बद्ध जैविक ढांचा

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हाइड्रोजन-बंधन ऑर्गेनिक फ्रेमवर्क (HOFs) दो या तीन आयामी सामग्रियों का एक वर्ग है जो सरंध्रता और संरचनात्मक नम्यता को वहन करने के लिए आणविक मोनोमर इकाइयों के बीच हाइड्रोजन बंधन द्वारा बनाई जाती है।[1][2][3] विविध हाइड्रोजन बंधन युग्म विकल्प हैं जिनका उपयोग HOFs निर्माण में किया जा सकता है, जिसमें समान या गैर-समान हाइड्रोजन बंधन दाता और स्वीकर्ता शामिल हैं। हाइड्रोजन बंधन इकाइयों के रूप में कार्य करने वाले कार्बनिक समूहों के लिए, कार्बोक्सिलिक अम्ल, एमाइड, 2,4-डायमिनोट्रायज़िन और इमिडाज़ोल इत्यादि जैसी प्रजातियों का उपयोग आमतौर पर हाइड्रोजन बंधन इंटरैक्शन के निर्माण के लिए किया जाता है।[2] COF और MOF जैसे अन्य कार्बनिक ढांचे की तुलना में, HOFs का बंधन बल अपेक्षाकृत कमजोर है और HOFs का सक्रियण अन्य ढांचे की तुलना में अधिक कठिन है, जबकि हाइड्रोजन बांड की प्रतिवर्तीता सामग्री की उच्च क्रिस्टलीयता की गारंटी देती है। यद्यपि HOFs की स्थिरता और छिद्र आकार के विस्तार में संभावित समस्याएं हैं, फिर भी HOFs विभिन्न क्षेत्रों में अनुप्रयोगों के लिए मजबूत क्षमता दिखाते हैं।[4][5]

हाइड्रोजन-बंधित कार्बनिक ढाँचों की प्राकृतिक छिद्रपूर्ण वास्तुकला का एक महत्वपूर्ण परिणाम अतिथि अणुओं के सोखने का एहसास करना है। यह चरित्र विभिन्न HOFs संरचनाओं के विभिन्न अनुप्रयोगों के उद्भव को तेज करता है, जिसमें गैस हटाने/भंडारण/पृथक्करण, अणु पहचान, प्रोटॉन चालन, बायोमेडिकल अनुप्रयोग आदि शामिल हैं।[6][7][8]

(ए) HOFs मोनोमर इकाई के रूप में 1,3,5-ट्रिस (4-कार्बोक्सीफेनिल) बेंजीन। (बी) झरझरा पैकिंग के साथ संबंधित HOFs संरचना।

इतिहास

विस्तारित 2डी हाइड्रोजन-बंधन-आधारित झरझरा ढांचे की रिपोर्ट को 1960 के दशक में खोजा जा सकता है। 1969 में, ड्यूचैम्प और मार्श ने बेंजीन-1,3,5-ट्राइ-कार्बोक्जिलिक अम्ल (ट्राइमेसिक अम्ल या टीएमए) द्वारा निर्मित हनीकॉम्ब नेटवर्क के साथ 2डी इंटरपेनिट्रेटेड गैर-छिद्रपूर्ण क्रिस्टल संरचना की सूचना दी।[9] तब एर्मर ने इंटरपेनिट्रेटेड डायमंड टोपोलॉजी के साथ एक एडामेंटेन-1,3,5,7-टेट्राकारबॉक्सिलिक अम्ल (एडीटीए) आधारित हाइड्रोजन-बंधन नेटवर्क की सूचना दी।[10] इस बीच अतिथि-प्रेरित हाइड्रोजन बंधित ढाँचे के विविध कार्य क्रमिक रूप से रिपोर्ट किए गए, जिससे धीरे-धीरे हाइड्रोजन बंधित कार्बनिक ढाँचे की अवधारणा विकसित हुई।[11][12][13][14] हाइड्रोजन बंधित कार्बनिक ढांचे के विकास में एक और मील का पत्थर चेन द्वारा स्थापित किया गया था। 2011 में, चेन ने बाध्यकारी बल के रूप में हाइड्रोजन बंधन के साथ एक छिद्रपूर्ण कार्बनिक ढांचे की सूचना दी और पहली बार गैस सोखना द्वारा इसकी सरंध्रता का प्रदर्शन किया।[3]तब से, कई HOFs संरचनाओं का डिजाइन और निर्माण किया गया है, इस बीच झरझरा ढांचे से संबंधित विभिन्न अनुप्रयोगों का प्रयास किया गया है और HOFs पर लागू किया गया है, जिनकी प्रभावशीलता साबित हुई है।[1][2]  

HOFs में हाइड्रोजन बंधन जोड़े

विभिन्न मोनोमर्स के बीच बने हाइड्रोजन बांड विभिन्न असेंबली आर्किटेक्चर के साथ हाइड्रोजन-बंधित कार्बनिक ढांचे के निर्माण की गारंटी देते हैं।[15][16][17] हाइड्रोजन जोड़े का गठन HOFs के संरचनात्मक और कार्यात्मक डिजाइन पर आधारित है, इसलिए व्यवस्थित आवश्यकताओं के बाद विभिन्न हाइड्रोजन बंधन जोड़े का चयन किया जाना चाहिए। हाइड्रोजन बंधन जोड़े में आम तौर पर 2,4-डायमिनोट्रायज़िन, कार्बोक्जिलिक अम्ल, एमाइड, imide , इमिडाज़ोल, इमिडाज़ोलोन और रेसोरिसिनॉल आदि शामिल होते हैं।[1][2][18][19][20][21] उपयुक्त रीढ़ की हड्डी के साथ संयोजन करते हुए, प्रत्येक क्रिस्टलीकरण स्थिति में, हाइड्रोजन-बंधन जोड़े विशिष्ट असेंबली राज्यों का प्रदर्शन करेंगे, जिसका अर्थ है कि इस क्रिस्टलीकरण स्थिति के लिए पसंदीदा ऊर्जा वाले आकारिकी को मोनोमर्स द्वारा इकट्ठा किया जा सकता है। 2डी या 3डी HOFs को साकार करने के लिए, एक से अधिक हाइड्रोजन बंधन जोड़े वाले मोनोमर्स पर आमतौर पर विचार किया जाता है: कठोरता और दिशात्मकता भी HOFs निर्माण के पक्ष में हैं।

संभावित हाइड्रोजन बंधन इकाइयों के रूप में कार्बनिक समूह के उदाहरण।

HOF मोनोमर की रीढ़

निर्माणात्मक इकाइयों की कठोरता और दिशात्मकता HOFs को विभिन्न छिद्र संरचनाएं, टोपोलॉजी और आगे के अनुप्रयोग प्रदान करती है।[2]इसलिए, मोनोमर बैकबोन का उचित चयन HOFs के निर्माण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। ये बैकबोन न केवल ऊपर उल्लिखित विभिन्न हाइड्रोजन बंधन जोड़े के साथ मिलकर स्थिर HOFs संरचनात्मक डिजाइन का एहसास कर सकते हैं और छिद्र आकार का विस्तार कर सकते हैं, बल्कि HOFs की अधिक टोपोलॉजी की पेशकश करने का अवसर भी दे सकते हैं। इसके अलावा, मोनोमर्स और HOFs उत्पन्न करने के लिए समान ज्यामिति और समान कनेक्शन पैटर्न के साथ बैकबोन का उपयोग करके, फ्रेमवर्क का आइसोरेटिकुलर विस्तार छिद्र आकार को प्रभावी ढंग से विस्तारित करने के लिए एक विश्वसनीय तरीका बन जाता है।[22][23] जैसा कि उल्लेख किया गया है, झरझरा और स्थिर HOFs के निर्माण के लिए, कई पहलुओं पर एक साथ विचार किया जाना चाहिए, जैसे कि रीढ़ की हड्डी की कठोरता, हाइड्रोजन जोड़े की अभिविन्यास और बंधन शक्ति, और व्यवस्थित स्टैकिंग के लिए अन्य अंतर-आणविक इंटरैक्शन। इसलिए, HOFs मोनोमर्स के डिजाइन को उनके एच-बंधन अभिविन्यास और संरचनात्मक कठोरता, और परिणामी ढांचे की स्थिरता और सरंध्रता पर ध्यान केंद्रित करना चाहिए।

आइसोरेटिकुलर विस्तार कार्बोक्जिलिक अम्ल आधारित मोनोमर्स (ए-सी) और HOFs (डी-एफ) की एक श्रृंखला।

सिंथेटिक तरीके

सिद्धांत रूप में, HOF को सॉल्वैंट्स से क्रिस्टलीकृत किया जा सकता है।[24] हालाँकि, विलायक प्रकार, अग्रदूत एकाग्रता, क्रिस्टलीकरण समय और तापमान आदि के कारक HOFs सिस्टलीकरण प्रक्रिया पर महत्वपूर्ण प्रभाव डाल सकते हैं। आम तौर पर क्रिस्टल उत्पाद उच्च सांद्रता और कम क्रिस्टलीकरण समय के माध्यम से गतिकी के अनुरूप हो सकते हैं, जबकि क्रिस्टलीकरण दर धीमी होने से थर्मोडायनामिक क्रिस्टल प्राप्त हो सकते हैं। HOFs क्रिस्टल का उत्पादन करने की एक सामान्य विधि समाधान के विलायक को धीरे-धीरे वाष्पित करना है, जिससे मोनोमर्स की स्टैकिंग में लाभ होता है।[24]एक अन्य व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली विधि कम क्वथनांक वाले खराब सॉल्वैंट्स को उच्च क्वथनांक वाले अच्छे सॉल्वैंट्स के साथ मोनोमर समाधान में फैलाना है, ताकि मोनोमर्स की असेंबली को प्रेरित किया जा सके।[24]विभिन्न क्रिस्टलीकरण प्रणालियों के आधार पर, HOFs निर्माण के लिए अन्य तरीकों को भी लागू किया गया है।[24]  

लक्षण वर्णन विधियाँ

HOF सामग्रियों और उनके मोनोमर्स को चिह्नित करने की विभिन्न विधियाँ हैं। परमाणु चुंबकीय अनुनाद स्पेक्ट्रोस्कोपी | परमाणु चुंबकीय अनुनाद (एनएमआर) स्पेक्ट्रोस्कोपी और उच्च-रिज़ॉल्यूशन मास स्पेक्ट्रोमेट्री (एचआर-एमएस) का उपयोग आम तौर पर मोनोमर्स के संश्लेषण को चिह्नित करने के लिए किया जाता है।[1][2]सिंगल क्रिस्टल एक्स - रे क्रिस्टलोग्राफी|एक्स-रे विवर्तन (एससीएक्सआरडी) HOFs क्रिस्टल पैकिंग की संरचना निर्धारित करने के लिए शक्तिशाली उपकरण है। पाउडर एक्स-रे विवर्तन (पीएक्सआरडी) भी HOFs के शुद्ध चरण गठन को प्रदर्शित करने के लिए एक समर्थित तकनीक है।[1][2]बीईटी सिद्धांत के माध्यम से गैस सोखना और सोखना अध्ययन | ब्रूनॉयर-एम्मेट-टेलर (बीईटी) विधि यथोचित रूप से HOFs के कुछ प्रमुख मापदंडों को प्रदर्शित कर सकती है, जैसे छिद्र आकार, विशिष्ट गैस सोखना मात्रा और सोखना इज़ोटेर्म से सतह क्षेत्र। अनुप्रयोग दिशाओं और अध्ययन क्षेत्रों के आधार पर, HOFs के लक्षण वर्णन के लिए विविध तकनीकों को लागू किया गया है।[1][2]  

अनुप्रयोग

छिद्रपूर्ण संरचनाएं और अद्वितीय गुण व्यावहारिक क्षेत्रों में HOFs के अच्छे अनुप्रयोग प्रदर्शन की गारंटी देते हैं। अनुप्रयोगों में गैस सोखना, हाइड्रोकार्बन पृथक्करण, प्रोटॉन चालकता और आणविक पहचान आदि शामिल हैं, लेकिन इन्हीं तक सीमित नहीं हैं।

HOFs अनुप्रयोग

गैस सोखना

अनुरूप छिद्र आकार वाले एक प्रकार के नेटवर्क के रूप में, HOFs निश्चित आकार और इंटरैक्शन के साथ गैस अणुओं के लिए भंडारण कंटेनर के रूप में काम कर सकते हैं।[25][26] HOFs में अपेक्षाकृत सीमित छिद्र आकार हाइड्रोजन|एच सहित विभिन्न छोटे गैस अणुओं को संग्रहीत करने, पकड़ने या अलग करने में मदद कर सकता है।2, नाइट्रोजन|एन2, कार्बन डाइऑक्साइड|CO2, मीथेन|सीएच4, एसिटिलीन|सी2H2, एथिलीन|सी2H4, ईथेन|सी2H6और इसी तरह।[2]मास्टालेर्ज़ और ओपेल ने संवैधानिक मोनोमर्स के रूप में ट्रिप्टिसीन ट्रिसबेनज़िमिडाज़ोलोन (टीटीबीआई) के साथ एक विशेष 3डी HOFs की सूचना दी। आणविक कठोरता और स्टीरियो निर्माण के कारण, फ्रेमवर्क के माध्यम से 1डी चैनल बनाए गए और सतह क्षेत्र को बड़े पैमाने पर 2796 मीटर की सीमा तक बढ़ाया गया।2/g जैसा कि BET द्वारा दिखाया गया है।[27] HOFs ने एच की अच्छी सोखने की क्षमता भी प्रस्तुत की2 और सह2, 243 और 80.7 सेमी के रूप में3/g 1 बार पर 77 और 273 K पर, अलग से।[citation needed]

सीओ2 सोखना

एक विशिष्ट ग्रीनहाउस गैस के रूप में जो कई पहलुओं में गंभीर समस्याएं पैदा कर सकती है, कार्बन डाइऑक्साइड का कब्जा हमेशा बड़ी चिंता का विषय रहा है। इस बीच, कार्बन डाइऑक्साइड का व्यापक रूप से गैस संसाधन के रूप में उपयोग किया गया है या विनिर्माण और उद्योग में अपशिष्ट गैस के रूप में उत्सर्जित किया गया है, इसलिए CO का भंडारण और पृथक्करण2 हमेशा एक महत्वपूर्ण अनुप्रयोग के रूप में जोर दिया गया है। चेन और सहकर्मियों ने उच्च CO के साथ संरचनात्मक परिवर्तन HOF की सूचना दी2 2015 में सोखने की क्षमता।<संदर्भ नाम = वांग 9963-9970 >Wang, Hailong; Li, Bin; Wu, Hui; Hu, Tong-Liang; Yao, Zizhu; Zhou, Wei; Xiang, Shengchang; Chen, Banglin (2015-08-12). "गैस अवशोषण और पृथक्करण के लिए एक लचीला माइक्रोपोरस हाइड्रोजन-बॉन्डेड कार्बनिक ढांचा". Journal of the American Chemical Society (in English). 137 (31): 9963–9970. doi:10.1021/jacs.5b05644. ISSN 0002-7863. PMID 26214340.</ref> बिनोडल टोपोलॉजी के साथ HOF आर्किटेक्चर की असेंबली को साकार करने के लिए इकाइयों के बीच N-H···N हाइड्रोजन बंधन का गठन किया जाता है। सह2 HOF की ग्रहण क्षमता 117.1 सेमी तक पहुंच सकती है3/g 273 K पर।[citation needed]

हाइड्रोकार्बन पृथक्करण

सी के लिए प्रयुक्त हाइड्रोजन-बंधित कार्बनिक ढाँचा2H2/सी2H4 चेन और सहकर्मियों द्वारा अलगाव की सूचना दी गई थी। इस HOF की संरचना में, प्रत्येक 4,4',4,4'-tetra(4,6-diamino-s-triazin-2-yl)tetraphenylmethane इकाई एन–एच···एन हाइड्रोजन बांड द्वारा आठ अन्य इकाइयों से जुड़ा हुआ है।[3]कुछ संरचनात्मक लचीलेपन के कारण, ढांचा सी को आगे बढ़ाने में सक्षम था2H2 63.2 सेमी तक3/g जबकि C की सोखने की मात्रा2H4 8.3 सेमी था3/g 273 K पर, प्रभावी C दिखा रहा है2H2/सी2H4 जुदाई.[citation needed]

अणु पहचान

हाइड्रोजन-बंधित कार्बनिक ढांचे में मौजूद गैर-सहसंयोजक इंटरैक्शन, उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन बंधन, पाई-इंटरैक्शन | π-π इंटरैक्शन और वैन डेर वाल्स बल, अणुओं की पहचान के लिए महत्वपूर्ण अंतर-आणविक इंटरैक्शन माने जाते हैं। इस बीच, कई बाध्यकारी साइटें और अनुकूलनीय संरचनाएं HOFs को अच्छा अणु पहचान मंच भी बनाती हैं। इन विशेषताओं का फायदा उठाकर, अब तक विभिन्न प्रकार की पहचान को साकार किया जा चुका है, जिसमें गैस अणुओं की पहचान, फुलरीन की पहचान, एनिलिन की पहचान, पाइरीडीन की पहचान, आदि शामिल हैं।[28]<संदर्भ नाम = वांग 9963-9970 />[29][30] 

ऑप्टिकल सामग्री

बड़े π संयुग्मन संरचनाओं वाले कुछ चमक अणुओं का उपयोग HOFs निर्माण के लिए भी किया जाता है। इसलिए, गैर-सहसंयोजक नियंत्रित ल्यूमिनेसेंस समायोजन को साकार करने के लिए विभिन्न ल्यूमिनसेंट HOFs को डिजाइन और असेंबल किया जाता है, जो HOFs सामग्रियों में अधिक कार्यों को पेश कर सकता है।[31] उदाहरण के लिए, विशेष जाल एथिलीन पर अत्यधिक निर्भर है (टीपीई) को बैकबोन के रूप में उपयोग करके, विभिन्न रंग उत्सर्जन प्रस्तुत करने वाले सॉल्वैंट्स के साथ संयुक्त HOFs की एक श्रृंखला की सूचना दी गई है।[32]

प्रोटॉन चालन

प्रोटॉन वाहकों के साथ निर्मित हाइड्रोजन-बंधित कार्बनिक ढांचे का प्रोटॉन संचालन के लिए व्यापक रूप से उपयोग किया गया है। हाइड्रोजन बांड प्रोटॉन को स्थानांतरित करने के लिए ढांचे में प्रोटॉन स्रोत के रूप में भी काम कर सकते हैं। एक उदाहरण के रूप में, पोर्फिरिन-आधारित संरचनाओं और गनीडिनियम सल्फोनेट नमक मोनोमर्स का अध्ययन किया गया है और उनमें निश्चित चालकता के बाद से प्रोटॉन चालन के लिए HOFs डिजाइन और निर्माण में शामिल किया गया है।[33][34]


जैविक अनुप्रयोग

धातु-मुक्त झरझरा सामग्री के प्रकार के रूप में, हाइड्रोजन-बंधित कार्बनिक ढाँचे भी दवा वितरण और रोग उपचार के लिए आदर्श मंच हैं।[35] इस बीच, उचित मोनोमर चयन और उचित व्यवस्था के साथ, काओ ने एक मजबूत HOFs की सूचना दी जो कैंसर की दवा डॉक्सोरूबिसिन को प्रभावी ढंग से समाहित कर सकती है और कैंसर के इलाज के लिए दवा रिलीज और फ़ोटोडायनॉमिक थेरेपी के दोहरे कार्यों को साकार करने के लिए एम्बेडेड फोटोएक्टिव पाइरेन मोइटी द्वारा सिंगलेट ऑक्सीजन का उत्पादन कर सकती है।[36]


संदर्भ

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