美国食品药品监督管理局|二维共价有机骨架的成核和生长：COF 单体的聚合和结晶( 六 ) moderna|新型冠状病毒的疫苗|新

图 11 不同大小的大环 COF-5 环的结合自由能。数据拟合线性趋势线，系数 a = 51 ± 6. 和 b = -0 。 ± 0..
在我们对溶剂捕集的研究中，我们进行了两次 SMD 模拟：一次是将两个大环聚在一起，另一次是将它们拉开。放在一起时， SMD 力导致环在堆叠前因溶剂捕集而变形；然而，这种溶剂捕获在某种程度上是物理性的，并且仅仅是不切实际的高牵引速度的结果。当环被拉开，并在轨迹上进行热力学积分时，产生的能量分布如图 12 所示，证实没有溶剂捕集效应。这种定制开发的力场还提供了更高（并且可能更现实）的堆叠能量。
图 12 作为面对面聚集过程中两个大环分离的函数的平均力势。穿孔线对应于 ±2 标准偏差。
如前所述，我们对溶剂选择的研究基于与两个小 COF 碎片的热力学整合。在真空中，两个片段之间的结合能为 48 kcal mol-1 。表 1 列出了各种溶剂中的相对结合能（定义为溶剂中的结合能与真空中的结合能之比）。很明显，溶剂对堆积能的影响很大，真空中的值减少了 36– 64% 。预计堆积能将取决于溶剂的极性；然而，没有发现这种关系。
表1 各种溶剂对堆积能的相对影响

Solvent	Binding energy (kcal mol?1)	Relative binding energy
Acetone	22.	0.
Tetrahydrofuran	25.	0.
Dimethyl acetamide	15.	0.
o-Dichlorobenzene	26.	0.
Mesitylene	25.	0.
Toluene	30.	0.
Anisole	27.	0.
Dioxane	25.	0.
Methanol	29.	0.
Acetonitrile	27.	0.
o-Nitroanisole	26.	0.
Vacuum	47.	1

结论
我们已经为了解 COF 低聚物的成核奠定了必要的基础。正如实验所观察到的，我们的计算计算表明，在存在质子溶剂（如水和甲醇）的情况下，硼酸酯形成的活化能显着降低。我们计算的无辅助硼酸酯形成（25 kcal mol-1）的屏障几乎是水和甲醇介导的硼酸酯形成（13 和 14 kcal mol-1）的两倍。质子溶剂的这些屏障（其误差约为 1 kcal mol-1）与报道的硼酸酯形成（7 kcal mol-1）的间接测量实验活化屏障相当。 [实验研究没有报告误差条。
中等浓度的水和甲醇通过将反应平衡向后移动并允许反应物和产物之间更快速的转化以产生更热力学稳定、无缺陷的结构来保持反应可逆性。我们的结果推断 COF 低聚物的成核受这些质子溶剂的供应控制。水总是作为缩合产物存在于溶液中，但可以将甲醇添加到系统中以提高成核速率，保持反应可逆性而不分解低聚物，并增加起始材料的溶解度。
我们还提供了有关晶粒生长的首选大规模机制的见解。我们发现这很容易通过片材堆叠发生，正如有利的能量学和没有溶剂捕获效应所表明的那样。鉴于如图 S10 (ESI?) 所示的多对堆叠片材之间的高结合能和粗糙的势能表面，从溶液中堆叠的预制亚稳态片材将易于出现堆垛层错。然而，没有这种乱层堆积表明 COF 微晶的形成机制与大亚稳片的堆积机制不同，也可能是通过模板聚合形成的。
本文仅用于学术交流，不得用于商业用途。