journal article·2014-02-25

Covalent Heme Framework as a Highly Active Heterogeneous Biomimetic Oxidation Catalyst

Xi-Sen Wang, Matthew Chrzanowski, Daqiang Yuan, Brandon S. Sweeting, Shengqian Ma

Chemistry of Materials· Volume 26· Issue 4
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Abstract

Although the active centers of many metalloenzymes have been well-studied, the ability for chemists to imitate the iron porphyrin heme found in these enzymes remains a challenge. Herein, we report a water/chemical-stable nanoporous covalent heme framework (CHF-1) that can be synthesized via the Yamamoto homocoupling reaction. Unlike other artificial enzymes, CHF-1 neatly arranges the heme centers to form a graphene-like two-dimensional framework bearing a high surface area (1620 m 2 /g) and high density of active sites. Biomimetic catalytic reactions show that CHF-1 catalyst is an effective heterogeneous catalyst with exceptionally high binding affinities and high catalytic efficiency approaching that of natural heme-based enzymes.
Source: openalex_inverted_index · Quality: baseline

Research context

OpenAlex topics: Covalent Organic Framework Applications · Metal-Organic Frameworks: Synthesis and Applications · Advanced Photocatalysis Techniques

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

Department of Chemistry, University of South Florida, 4202 East Fowler Avenue, Tampa, Florida 33620, United States

State Key Laboratory of Structural Chemistry, Fujian Institute of Research on the Structure of Matter, Chinese Academy of Sciences, Fujian, Fuzhou 350002, P. R. China

References (88)

Show source-provided references
1. Tabushi I. · Coord. Chem. Rev. · 1998 · 86 · 110.1016/0010-8545(88)85011-2 ↗
2. Wang Q. · Chem. Commun. · 2007 · 103210.1039/b615223f ↗
3. Feiters M. C. · Chem. Soc. Rev. · 2000 · 29 · 37510.1039/a804252g ↗
4. Meunier B. · Chem. Rev. · 1992 · 92 · 141110.1021/cr00014a008 ↗
5. McMurry T. · 1986
6. Wang Q. · Angew. Chem., Int. Ed. · 2007 · 46 · 428510.1002/anie.200700404 ↗
7. Xue T. · Angew. Chem., Int. Ed. · 2012 · 51 · 382210.1002/anie.201108400 ↗
8. Shema-Mizrachi M. · J. Am. Chem. Soc. · 2011 · 133 · 1435910.1021/ja203690k ↗
9. Larsen R. W. · J. Am. Chem. Soc. · 2011 · 133 · 1035610.1021/ja203068u ↗
10. Alkordi M. H. · J. Am. Chem. Soc. · 2008 · 130 · 1263910.1021/ja804703w ↗
11. Lykourinou V. · J. Am. Chem. Soc. · 2011 · 133 · 1038210.1021/ja2038003 ↗
12. Chen Y. · J. Am. Chem. Soc. · 2012 · 134 · 1318810.1021/ja305144x ↗
13. Chen Y. · Inorg. Chem. · 2012 · 51 · 915610.1021/ic301280n ↗
14. Zhang Z. · J. Am. Chem. Soc. · 2012 · 134 · 92810.1021/ja208256u ↗
15. Li B. · J. Am. Chem. Soc. · 2014 · 136 · 120210.1021/ja410868r ↗
16. Abrahams B. F. · Nature · 1994 · 369 · 72710.1038/369727a0 ↗
17. Suslick K. S. · Acc. Chem. Res. · 2005 · 38 · 28310.1021/ar040173j ↗
18. Goldberg I. · Chem. Commun. · 2005 · 124310.1039/b416425c ↗
19. Kosal M. E. · Nat. Mater. · 2002 · 1 · 11810.1038/nmat730 ↗
20. Burnett B. J. · J. Am. Chem. Soc. · 2011 · 133 · 998410.1021/ja201911v ↗
21. Zou C. · J. Am. Chem. Soc. · 2012 · 134 · 8710.1021/ja209196t ↗
22. Shultz A. M. · J. Am. Chem. Soc. · 2012 · 134 · 10636
23. Wang X.-S. · J. Am. Chem. Soc. · 2011 · 133 · 1632210.1021/ja204339e ↗
24. Wang X.-S. · Chem. Commun. · 2012 · 48 · 717310.1039/c2cc33118g ↗
25. Wang X.-S. · Chem. Sci. · 2012 · 3 · 282310.1039/c2sc20330h ↗
26. Meng L. · Angew Chem., Int. Ed. · 2012 · 1008210.1002/anie.201205603 ↗
27. Wang X.-S. · Chem.—Eur. J. · 2013 · 19 · 329710.1002/chem.201204358 ↗
28. Gao W.-Y. · CrystEngComm · 2013 · 15 · 932010.1039/c3ce41090k ↗
29. 10.1039/C3CC47542E10.1039/C3CC47542E ↗
30. Farha O. K. · J. Am. Chem. Soc. · 2009 · 131 · 420410.1021/ja900203f ↗
31. Farha O. K. · J. Am. Chem. Soc. · 2011 · 133 · 565210.1021/ja111042f ↗
32. Bezzu C. G. · Science · 2010 · 327 · 162710.1126/science.1184228 ↗
33. Hupp J. T. · Nat. Chem. · 2010 · 2 · 43210.1038/nchem.678 ↗
34. Feng D. · Angew. Chem., Int. Ed. · 2012 · 51 · 1030710.1002/anie.201204475 ↗
35. Chen Y. · Inorg. Chem. · 2012 · 51 · 1260010.1021/ic301923x ↗
36. Morris W. · Inorg. Chem. · 2012 · 51 · 644310.1021/ic300825s ↗
37. Kitagawa S. · Angew. Chem., Int. Ed. · 2004 · 43 · 233410.1002/anie.200300610 ↗
38. Zhou H.-C. · Chem. Rev. · 2012 · 112 · 67310.1021/cr300014x ↗
39. Furukawa H. · Science · 2013 · 341 · 97410.1126/science.1230444 ↗
40. Ma S. · Chem. Commun. · 2010 · 46 · 4410.1039/B916295J ↗
41. Suh M. P. · Chem. Rev. · 2012 · 112 · 78210.1021/cr200274s ↗
42. Wu H. · Chem. Rev. · 2012 · 112 · 83610.1021/cr200216x ↗
43. Li J.-R. · Chem. Soc. Rev. · 2009 · 38 · 147710.1039/b802426j ↗
44. Ma S. · Pure Appl. Chem. · 2011 · 83 · 16710.1351/PAC-CON-10-09-20 ↗
45. Li J.-R. · Chem. Rev. · 2012 · 112 · 86910.1021/cr200190s ↗
46. D’Alessandro D. M. · Angew. Chem., Int. Ed. · 2010 · 49 · 605810.1002/anie.201000431 ↗
47. Li J.-R. · Coord. Chem. Rev. · 2011 · 255 · 179110.1016/j.ccr.2011.02.012 ↗
48. Liu J. · Chem. Soc. Rev. · 2012 · 41 · 230810.1039/C1CS15221A ↗
49. Nugent P. · Nature · 2013 · 495 · 8010.1038/nature11893 ↗
50. Lee J. · Chem. Soc. Rev. · 2009 · 38 · 145010.1039/b807080f ↗
51. Ma L. Q. · Chem. Soc. Rev. · 2009 · 38 · 124810.1039/b807083k ↗
52. Corma A. · Chem. Rev. · 2010 · 110 · 460610.1021/cr9003924 ↗
53. Yoon M. · Chem. Rev. · 2012 · 112 · 119610.1021/cr2003147 ↗
54. 10.1002/anie.20130977810.1002/anie.201309778 ↗
55. Sumida K. · Chem. Rev. · 2012 · 112 · 72410.1021/cr2003272 ↗
56. Cychosz K. A. · Langmuir · 2010 · 26 · 1719810.1021/la103234u ↗
57. Colombo V. · Chem. Sci. · 2011 · 2 · 131110.1039/c1sc00136a ↗
58. Cote A. P. · Science · 2005 · 310 · 116610.1126/science.1120411 ↗
59. El-Kaderi H. M. · Science · 2007 · 316 · 26810.1126/science.1139915 ↗
60. Mastalerz M. · Angew. Chem., Int. Ed. · 2008 · 47 · 44510.1002/anie.200703871 ↗
61. Zwaneveld N. A. A. · J. Am. Chem. Soc. · 2008 · 130 · 667810.1021/ja800906f ↗
62. Spitler E. L. · Nat. Chem. · 2010 · 2 · 67210.1038/nchem.695 ↗
63. Lanni L. M. · J. Am. Chem. Soc. · 2011 · 133 · 1397510.1021/ja203807h ↗
64. Cooper A. I. · Adv. Mater. · 2009 · 21 · 129110.1002/adma.200801971 ↗
65. Xu Y. · Chem. Soc. Rev. · 2013 · 42 · 801210.1039/c3cs60160a ↗
66. Xie Y. · Nat. Commun. · 2013 · 4 · 196010.1038/ncomms2960 ↗
67. Ben T. · Angew. Chem., Int. Ed. · 2009 · 48 · 945710.1002/anie.200904637 ↗
68. Lu W. · Chem. Mater. · 2010 · 22 · 596410.1021/cm1021068 ↗
69. Yuan D. · Adv. Mater. · 2011 · 23 · 372310.1002/adma.201101759 ↗
70. Wang X.-S. · Chem. Commun. · 2013 · 49 · 153310.1039/c2cc38067f ↗
71. Zhu X. · J. Am. Chem. Soc. · 2012 · 134 · 104784
72. Patel H. A. · Nat. Commun. · 2013 · 4 · 135710.1038/ncomms2359 ↗
73. Nagai A. · Nat. Commun. · 2011 · 2 · 154210.1038/ncomms1542 ↗
74. Zou X. · Chem. Commun. · 2013 · 49 · 392510.1039/c3cc00039g ↗
75. Ding S.-Y. · J. Am. Chem. Soc. · 2011 · 133 · 1981610.1021/ja206846p ↗
76. Thomas A. · Angew. Chem., Int. Ed. · 2010 · 49 · 832810.1002/anie.201000167 ↗
77. Konstas K. · Angew. Chem., Int. Ed. · 2012 · 51 · 663910.1002/anie.201201381 ↗
78. McKeown N. B. · Chem. Soc. Rev. · 2006 · 35 · 67510.1039/b600349d ↗
79. Wood C. D. · Adv. Mater. · 2008 · 20 · 191610.1002/adma.200702397 ↗
80. Rabbani M. G. · J. Mater. Chem. · 2012 · 22 · 2540910.1039/c2jm34922a ↗
81. Kou Y. · Angew. Chem., Int. Ed. · 2011 · 50 · 875310.1002/anie.201103493 ↗
82. Zhu Y. · Chem. Mater. · 2013 · 25 · 163010.1021/cm400019f ↗
83. Chen L. · J. Am. Chem. Soc. · 2010 · 132 · 913810.1021/ja1028556 ↗
84. Chen L. · Adv. Mater. · 2011 · 23 · 314910.1002/adma.201100974 ↗
85. Shultz A. M. · Chem. Sci. · 2011 · 2 · 68610.1039/c0sc00339e ↗
86. Mackintosh H. J. · J. Mater. Chem. · 2008 · 18 · 57310.1039/B715660J ↗
87. Zhang Y. · Chem. Soc. Rev. · 2012 · 41 · 208310.1039/C1CS15227K ↗
88. Accelrys Materials Studio, release 5.0;Accelrys Software, Inc.:San Diego, CA, 2008.