锡-有机框架催化差向异构化高效合成稀有单糖及其构效关系研究

研究人员针对稀有单糖工业化生产瓶颈，开发了Sn-OF-1催化体系，实现了L-阿拉伯糖等底物高效差向异构化为L-核糖等高值单糖（选择性67-95%），揭示了开链构型中顺式OH基团对反应速率的调控机制，为生物质资源高值化提供了新策略。

　　

在生物医药和食品工业领域，稀有单糖如L-核糖(L-ribose)、D-塔罗糖(D-talose)等因其特殊生物活性备受关注。这些分子可作为抗病毒药物前体（如治疗乙肝的L-核糖衍生物）、抗癌制剂（D-塔罗糖苷）或糖尿病友好型甜味剂（L-喹诺糖）。然而自然界中仅7种单糖储量丰富，其余稀有单糖依赖复杂多步合成，导致成本居高不下。传统生物酶法受限于核苷酸活化要求，而化学法又面临选择性不足难题。

研究人员开发了基于锡-有机框架(Sn-OF)的创新催化体系。通过溶剂热法合成Sn-OF-1材料（比表面积399 m²/g，Sn含量21.02 wt%），采用高压反应釜进行差向异构化实验（10 wt%底物浓度，50:50 EtOH/H₂O体系），结合HPLC（COSMOSIL Sugar-D柱）监测反应进程，并运用LA-ICP-MS和低温N₂吸附等技术表征催化剂特性。

材料与方法部分显示，Sn-OF-1通过4,4'-二溴联苯与SnCl₄交联制备，其Ar₃-Sn-O-Sn-Ar₃双核位点被证实是催化活性中心。结果部分揭示：1）温度优化实验表明100°C时L-阿拉伯糖转化率达35%，L-核糖选择性73%；2）底物构型分析发现D-木糖（全顺式OH）反应速率最快（10.5 mmol·L^-1·min^-1），证实开链形式参与反应；3）结晶回收实验成功分离59% L-阿拉伯糖（纯度98%）。

讨论部分指出，该工作首次建立单糖立体构型与Sn-OF催化活性的定量关系：顺式OH基团通过四齿配位（羰基O、OH2/3/4）稳定过渡态，使D-葡萄糖差向异构化速率比D-甘露糖快3倍。虽然二次使用时催化剂活性下降（归因于副产物吸附），但低于0.03%的Sn溶出率仍展现良好稳定性。该研究为《绿色化学》提出的"原子经济性"目标提供了范例——以生物质单糖为原料，通过单步催化即可获得高附加值产物，相比传统Izumoring技术大幅简化流程。论文发表于《Current Research in Green and Sustainable Chemistry》，为稀有糖工业化生产开辟了新路径。