图1. (a)由4个相连的接头和8个相连的Zr节点构成的网络; (b)由六个Zr6簇和八个配体构成的十二面体笼; (c)面共十二面体形成流感网络; (d-f) CE-1、CE-2和CE-3的三维结构视图(空腔由黄色球体突出显示)。

由H4L的(R)-或(S)-对映体建立的1-3光谱的固态圆二色性是彼此的镜像，揭示了它们对映体的性质。扫描电子显微镜(SEM)图像显示1-3具有均匀的八面体形态。通过低温N2吸附试验和上染率测试证明，三种MOFs的结构完整性和开放通道在溶液中保持稳定。同时，1-3具有出色的热稳定性。热重分析表明，在80至200℃的温度范围内，其中的客体分子可以被除去，框架在约400℃开始分解。在沸水、浓盐酸和pH=12的氢氧化钠溶液中处理1周后，通过PXRD和N2吸附研究了骨架的化学稳定性，并进行上染率测定。这些处理后1-3的PXRD模式保持不变，表明没有发生相变或框架坍塌。处理后的复合材料都保持了其永久孔隙率。上染率测量显示，经过这些处理后的1-3样品的吸附能力与未经处理的样品相当，表明其结构的完整性。

这三种Zr-MOFs化合物的高化学稳定性可归因于以下原因:首先，高电荷的Zr(ⅳ)离子可极化Zr-O配位键，导致Zr(ⅳ)和配体中的羧酸氧之间形成Zr-O强键。第二，位于中心两个芳基环邻位的甲基和冠醚基团阻止了C-C键的自由旋转，使“接头”变硬，进一步提高了框架的稳定性。第三，甲基和冠醚基团的给电子性质导致羧酸氧的电子密度增加，这可以增强Zr-O键强度。Zr-CMOFs的优异稳定性可用作对映选择性色谱分离的手性固定相。

图2. (a) CE-MOF填充柱分离示意图; (b-e)用CE-1填充柱分离16种外消旋体的色谱图(pH=1 HClO4(AQ)为流动相，流速为0.3mL/min，温度为25℃)。

受Zr-MOFs优异的稳定性、大孔隙率和手性冠醚基团的启发，将其用作反相色谱柱的手性固定相。然而填充有纯金属氧化物粉末的柱表现出非常高的背压(> 20 MPa)，因此制备了混合有反相C18硅胶的Zr-MOFs粉末的CSPs。实验之前，色谱柱以0.2 mL/min的流速用纯水处理6小时。首先通过拆分苯甘氨酸(Phg)来研究CSPs的分离性能(图2a)，优化分离条件后，外消旋Phg在基于CE-1的CSPs上成功拆分，（pH=1 HClO4(AQ)为流动相，流速为0.3mL/min，温度为25℃）。选择性因子(α = 5.25)和色谱分离因子(Rs= 6.31)均较优，出峰顺序为D-对映体，然后是L-对映体(图3b)。在该系统中，背压约为9MPa。还值得注意的是，流动相和流速会显著影响保留时间、分辨率和选择性。

为扩大分析物的范围，检测了另外七种氨基酸的分离能力，包括苯丙氨酸(Phe)、4-羟基苯甘氨酸(Hpg)、酪氨酸(Tyr)、色氨酸(Trp)、丙氨酸(Ala)、蛋氨酸(Met)和2-氨基丁酸(Abu)，它们都在基于CE-1的CSPs上完全拆分开来，α/Rs分别为1.49/1.85、7.77/6.59、1.60/ 1.99、1.36/1.85、1.53/1.23、2.36/3.51和1.66/1.02(图3b、c和e)。此外，氨基酸衍生物，如N-保护氨基酸(N-Boc-Ala和N-Boc-Phe)、氨基酯(Phg-OMe、Tyr-OMe和Phe-OMe)和氨基醇(Phg-ol)也可以分离，测得α/Rs= 1.23/0.63至3.23/10.21(图3c-e)。一些未受保护的胺，如1-苯乙胺(1-PEA)和1-苯基丙胺(1-PPA)，也可以进行分离α/Rs分别为 1.38/0.96和1.54/2.34 (图3e)。重要的是，除了Trp和1-PPA，所有其他底物都在30分钟内在CE-1柱上分离。较短的分离时间可实现样品的快速分析，这对于对映体选择性分离来说是高效且省时的。

此外，用CE-2和CE-3填充柱，使用与CE-1相同的条件比较它们对氨基酸的分离行为。两种柱子都可以分离外消旋氨基酸，α/Rs在 1.08/0.33~4.16/4.04，低于CE-1柱的值。分辨率和分离因子都随着框架通道尺寸的增加而降低。1-3的不同分离性能可归因于不同通道尺寸和芳基取代基引起的不同水平的不对称诱导能力。

通过1年中超过4000次的使用来评价CE-1色谱柱的耐用性。测试时间结束后，CE-1的分离性能略有下降，α/Rs从5.25/6.31降至4.23/3.93。PXRD的研究表明，回收的CE-1样品能够保持结晶和结构完整。通过Phg和Phe-OMe的五次重复分离来检验CE-1柱的重复使用性。选择性因子、峰面积、峰高和理论塔板数的相对标准偏差(相对标准偏差)计算值小于2.0%，进一步证实了柱的分离稳定性。此外，用同样的方法制备了另一根CE-1填充柱。两次制备CE-1填充柱显示出相似的分离性能，证明了该色谱柱良好的制备重现性。并且CE-1-CSP的拆分能力与三种广泛使用的商用手性柱CROWPAK CR(+)、Chirosil RCA(+)、Chirobiotic T相当甚至更好，这三种手性柱分别衍生自(S)-(3,3’-二苯基-1,1’-联萘)-20-冠-6、(+)-(18冠-6)-2,3,11,12-四羧酸和替考拉宁。

同时，也可对巴氯芬（γ-氨基丁酸的化学类似物）进行分离。作者用CE-1填充柱成功分离了外消旋巴氯芬，γ-氨基丁酸，酚妥和3,4-二羟基苯丙氨酸(多巴)。此外，基于CE-1的CSPs还可分离农用化学品草铵膦(膦丝菌素)。这些结果证明了CE-1在分离不同手性药物方面的潜在多功能性。

为了进一步了解手性分子的分离，制备了一根填充有Me4L1的色谱柱，并测试了其手性拆分能力。所制备的色谱柱可以成功分离手性氨基酸，这表明冠醚部分在分离过程中起重要作用。然而，与CE-1色谱柱相比，Me4L1色谱柱的分离因子和分辨率通常较低。这可能是由于框架可以施加额外的限制环境，从而导致对映体特异性相互作用的增强。为了检验冠醚部分的重要性，合成了一个具有OET基团而不是冠醚部分的有机骨架OET-1。OET-1在不同的测试条件下也表现出优异的化学稳定性。然而在相同条件下，OET-1填充柱不能分离任何分析物。此外对照实验表明，纯C18柱不具有对手性氨基酸的分离能力，证明了冠醚基团在对映选择性识别中的重要作用。为了研究框架的受限空间效应，使用体积为14Å×16Å的3,5-二苄氧基-1-苯丙氨酸甲酯作为分析物。它可以在Me4L1的填充柱中分离，但不能在最大通道尺寸为8.5Å×14.9Å的CE-1的填充柱中进行拆分。综上所述，可以推测冠醚基团与晶体框架的受限空间结合在手性识别中发挥重要影响。

为了在不影响分离能力的情况下检查CSPs的负载能力，使用不同的注入质量进行了负载测试。当每个外消旋体的装载量从4μg增加到20 μg时，Phg仍然可以被很好地拆分。此外，每个单个对映体的色谱峰面积随着注入质量的增加而增加。据观察，对映体的保留时间随着注射质量的增加而缩短，可能是由胺的种类和冠醚基团之间的强相互作用造成的。

为了更好地理解分离过程，在288至308 K的温度范围内对Phg-OMe分离的热力学进行研究。观察到分析物的保留时间随着柱温的升高而减少。分析物的范特赫图显示出极好的线性相关性，这表明在分离过程中相互作用没有变化。(D)-和(L)-质子化Phg-OMe的摩尔吸附焓/熵变化计算结果表明分离过程是焓驱动的。此外，吸附焓结果与保留时间的顺序以及右旋和左旋对映体的洗脱顺序一致。

图3. 带有(S)-CE-1的L-和D-质子化Phg-OMe的最低能量结构的侧视图(上)和俯视图(下)。

为了在微观上阐明(S)-CE-1中的冠醚基团和L/D-质子化Phg-OMe之间的相互作用，进行了密度泛函理论(DFT)计算。图3描述了最稳定的左旋质子化苯丙氨酸甲酯构象异构体的简化结构。左旋和右旋质子化的聚乙二醇都通过三个氢键与(S)-CE-1中的冠醚基团结合。在室温下，左旋对映体的预测吉布斯结合能比右旋对映体高2.9 kcal/mol。这表明(S)-CE-1对左旋对映体相对于右旋对映体具有显著的手性识别，这归因于在受限框架中通过氢键在最佳距离和共线方向上有利的主客体结合。

综上，基于三种对映体纯的1,1’-联苯酚衍生的四羧酸酯连接体，作者设计并制备了三种网络拓扑结构的手性冠醚嵌入的Zr-MOFs化合物。所获得的多孔Zr-MOFs膜具有很高的化学稳定性，可作为反相高效液相色谱分离的固定相。因此，包括氨基酸、氨基酯和一些药物在内的一系列外消旋含氮化合物在酸性洗脱剂条件下可以很好地分离，其分离性能可与一些市售手性固定相媲美甚至更好。控制实验和密度泛函理论计算表明，手性冠醚与受限空间的结合是有效分离的原因。这项工作将MOFs作为反相液相色谱手性拆分的色谱柱填料，并将促进设计更稳定的用于识别和分离外消旋精细化学品和药物的Zr-MOFs。