The geometry of periodic knots, polycatenanes and weaving from a chemical perspective: a library for reticular chemistry

Abstract

The geometry of simple knots and catenanes is described using the concept of linear line segments (sticks) joined at corners. This is extended to include woven linear threads as members of the extended family of knots. The concept of transitivity that can be used as a measure of regularity is explained. Then a review is given of the simplest, most 'regular' 2- and 3-periodic patterns of polycatenanes and weavings. Occurrences in crystal structures are noted but most structures are believed to be new and ripe targets for designed synthesis.

Rational Stepwise Construction of Different Heterometallic–Organic Frameworks (HMOFs) for Highly Efficient CO2 Conversion

“…The design and synthesis of mixed d-f heterometallic-organic frameworks (HMOFs) is currently attracting greata ttention,t he driving force of which originatesn ot only from their fascinating structural diversities but also from their potentiala pplications. [1][2][3][4][5][6][7][8][9] Thec oordination preference of different metal ions and ligands have an immense influence on the construction of functional MOF materials. [1] Among them, metali ons of silver and lanthanide have the differentcoordination affinities with O and Nd onors according to the theory of hard and soft acids and bases (HSABp rinciple).…”

Polymer Networks: From Plastics and Gels to Porous Frameworks

“…Many other COFs have since been developed using alternative dynamic covalent chemistries such as imine COFs formed through Schiff base reactions, triazine frameworks formed through trimerization of nitriles, and recently a two‐dimensional semiconducting sp 2 carbon‐conjugated COF formed through the reversible Knoevenagel condensation . The development of COFs has greatly enriched reticular chemistry, providing opportunities to access sophisticated polymer network topologies that are otherwise difficult to achieve . An interesting example was reported by Yaghi, Terasaki, and co‐workers in 2016: imine condensation between tetra‐aldehyde functionalized copper(I)‐bisphenanthroline (Cu(PDB) 2 ) and benzidine formed a three‐dimensional COF (COF‐505) that featured helical organic threads interlacing to make a weaving crystal structure (Figure C) .…”

“…[235] Thed evelopment of COFs has greatly enriched reticular chemistry,p roviding opportunities to access sophisticated polymer network topologies that are otherwise difficult to achieve. [236] An interesting example was reported by Yaghi, Te rasaki, and co-workers in 2016:i mine condensation between tetra-aldehyde functionalized copper-(I)-bisphenanthroline (Cu(PDB) 2 )a nd benzidine formed at hree-dimensional COF (COF-505) that featured helical organic threads interlacing to make aw eaving crystal structure (Figure 12 C). [237] Thec opper(I) ions could be reversibly removed from this material and added back without loss of the COF structure.F ollowing as imilar approach by replacing benzidine with arectangular tetrafunctional linker,a nother three-dimensional woven COF (COF-500) was recently reported, where one-dimensional organic ribbons of corner-sharing squares were mutually interlocked.…”

Polymernetzwerke: Von Kunststoffen und Gelen zu porösen Gerüsten

“…Viele andere COFS wurden seitdem mittels alternativer Reaktionen der dynamischen kovalenten Chemie entwickelt, beispielsweise durch eine Schiff‐Base‐Reaktion gebildete Imin‐COFs, durch Trimerisierung von Nitrilen gebildete kovalente Triazingerüste und ein zweidimensionales halbleitendes COF mit konjugierten sp 2 ‐Kohlenstoffatomen, das kürzlich durch eine reversible Knoevenagel‐Reaktion gebildet wurde . Die Entwicklung von COFs hat die retikuläre Chemie stark bereichert, indem sie Möglichkeiten bietet, auf komplizierte Topologien von Polymernetzwerken zuzugreifen, die sonst schwierig zu realisieren sind . Ein interessantes Beispiel wurde 2016 von Yaghi, Terasaki und Mitarbeitern veröffentlicht: Durch Iminkondensation zwischen zum Tetraaldehyd funktionalisiertem Kupfer(I)‐bisphenanthrolin (Cu(PDB) 2 ) und Benzidin bildete sich ein dreidimensionales COF (COF‐505), das eine Verflechtung spiralförmiger Polymerfäden unter Bildung einer verschlungenen Kristallstruktur aufwies (Abbildung C) .…”

“…[235] Die Entwicklung von COFs hat die retikuläre Chemie stark bereichert, indem sie Mçglichkeiten bietet, auf komplizierte Topologien von Polymernetzwerken zuzugreifen, die sonst schwierig zu realisieren sind. [236] Ein interessantes Beispiel wurde 2016 von Yaghi, Terasaki und Mitarbeitern verçffentlicht:D urch Iminkondensation zwischen zum Te traaldehyd funktionalisiertem Kupfer(I)-bisphenanthrolin (Cu(PDB) 2 )u nd Benzidin bildete sich ein dreidimensionales COF (COF-505), das eine Verflechtung spiralfçrmiger Polymerfäden unter Bildung einer verschlungenen Kristallstruktur aufwies (Abbildung 12 C). [237] Die Kupfer(I)-Ionen konnten reversibel aus diesem Material entfernt und wieder angelagert werden, ohne dass die COF-Struktur beeinträchtigt wurde.U nter Verfolgung eines ähnlichen Ansatzes unter Ersetzen von Benzidin durch einen rechteckigen tetrafunktionellen Linker,w urde vor kurzem ein anderes dreidimensionales verschlungenes COF (COF-500) beschrieben, wobei eindimensionale Polymerbänder aus Quadraten mit gemeinsamen Ecken gegenseitig verriegelt waren.…”