所有市售试剂均从商业供应商处获得,除非另有说明,否则在不进一步纯化的反应中使用。在惰性气氛下,将无水二氯甲烷和氯仿在氢化钙上蒸馏。将无水的二硫呋喃蒸馏在钾属上,苯甲酮作为指示剂。使用默克Kieselgel 60型(250–400元网)进行闪光色谱柱色谱法。Merck Kieselgel 60型F254分析板用于薄层色谱。在环境温度下,在Bruker 300-MHz或Bruker 400-MHz光谱仪上记录了1H和13C核磁共振(NMR)光谱。据报道,1NMR光谱是四分之一的四甲基硅烷下场,并相对于CDCL3的残留信号(分别为7.27 ppm和77.0 ppm)测量1H和13C NMR)。通过1H脱钩获得13C NMR光谱。质谱在5600+系统上记录在AB Sciex Triplet上。使用Büchi熔点B-545设备中的开放玻璃毛细管测量熔点。JASCO P-2000偏振仪用于光学旋转测量(在20°C下)。红外光谱是使用Thermo Scientific Nicolet IS50 FTIR光谱仪测量的。
使用2 kV的加速电压和7.8 mm的工作距离,将高分辨率图像记录在Quanta FeG-250扫描电子显微镜上。在高真空(3.25×10-3 pa)下记录了固定在持有人上的无水晶体的图像。
使用配备了Photon II CPAD检测器的Bruker D8风险投资和牛津冷冻系统的CryoStream 800 Plus Cryostat记录数据。使用多层Incoatec微焦点源(IµS)生成MOKαX射线(λ=0.71073Å)。所有实验均使用37毫米的晶体对检测器距离。使用Bruker Saint38软件进行了数据减少。使用Bruker Apex 3软件包中实现的SADABS39进行了吸收和其他更正。通过使用Shelxs40的直接方法或通过X-SEED42,42图形用户界面与Shelxt41进行固有的相分化,通过直接方法解决了晶体结构。使用全矩阵最小二乘最小化,使用Shelxl44对宿主的非氢原子进行了各向异性。使用骑行模型计算宿主氢原子位置。从(r,r)-1,2-二氨基细胞环己烷的已知绝对构型中假定了所研究晶体的绝对结构,该结构被用作合成中的起始材料。补充文本11中描述了用于预防VT-SCXRD实验期间水分流失的策略。
使用MSROLL45,使用1.5Å的探头半径计算出可探测的外在通道和内在腔体积,并使用Mercury46进行可视化。差异电子密度图是使用Marting Cubes 200547在晶体15.0.1(参考文献48)中实现的,并使用Vision Raytracer49的持久性进行了渲染。使用Conquest51访问了剑桥结构数据库(V.5.42,数据库:2021年5月),并使用汞评估了烯醇胺和酮苯胺互变异符的几何数据特征。
使用Analytik Jena Specord 210 Plus(2010年版)分光光度计记录了固态紫外线 - 可见光谱,该光谱仪配备了集成球,用于扩散反射率测量。该仪器结合了卤素和氘光源,将灯切换设置为400 nm。将样品放在样品阶段,并用干燥的N2气体冲洗整个球体,以使样品脱水。在400-900 nm的波长范围内以吸收模式测量光谱。在数据获取之前,通过将N2气体冒泡30分钟来模拟较高的湿度条件。使用Winaspect Plus软件包分析了光谱。
使用带有QuickSNAP Platinum ATR模块的Bruker Alpha P FTIR红外光谱仪,使用Bruker Alpha P FTIR红外光谱仪进行了减弱的总反射率傅立叶变换红外光谱(ATR-FTIR)分析。使用Opus 15(Bruker,v.7.5)程序获取数据,并在Microsoft Excel中处理。
使用一系列类别的功能(即本地(B97D(Refs。53,54)),B98(Ref。55)(参考文献55)和PBEPBE-D3(PBEPBE-D3(Ref。56)),Hybrid(b3 lyp-d3(b3 lyp-d3(ref ref 33(ref 33)),使用了一系列类别(b97d(Ref。55)(参考文献55)(b97d(Ref 55)(Ref。58),介绍3(ref 55)(MOT),使用了时间依赖性密度功能性理论计算。远程校正(CAM-B3LYP-D3(参考59)和ωB97XD(参考文献60))功能。Grimme的D3色散校正54,61,62被添加到所有功能中,除了B98,GD3尚未被参数化。在本研究中,将B3LYP-D3用于所有其他计算。使用Berny63优化算法进行几何优化。
仅使用高斯型轨道基集:使用6-311 ++ g(d,p)基sET65,66,67用于在模型发色团上进行的计算,而6-311g基集用于完整的三角形分子。在相同水平的理论水平上计算频率,以确认从优化获得了最小能量结构。当研究色粒和显式H2O分子之间的相互作用时,使用隐式溶剂模型,即与可极化连续模型的自洽反应场68方法。
所有分子力学计算均使用Biovia Materials Studio(MS)2018 Software Suite69进行。准备每个结构,以使用以下优化顺序进行进一步的计算分析:除非在-173°C下从高质量的SCXRD数据确定的低湿度实验晶体结构中,除非另有说明,否则非湿度原子位置是从低湿度实验晶体结构中取出的。将烯醇胺氢的位置固定在理想化的分子内氢键上。使用MS软件套件的Forcite模块,将框架的其余氢原子作为周期系统的一部分进行了优化。使用SMARM算法70,71,收敛耐受性为2×10-5 kcal mol -1,最大力为1×10-3 kcal mol -1Å-1,位移为1×10-5Å -1。用于原子模拟研究的凝结相优化的分子电位(Compass II)72力场与自动分配的电荷一起使用。Compass II的部分电荷分配和价参数源自从头算计算,并优化为与实验数据一致。分别使用基于Ewald和Atom的方法求和静电和范德华的相互作用。
使用Compass II力场的吸附模块模拟T1中的吸附,并自动分配了电荷。使用1.5Å的Connolly半径和0.15Å的网格间隔计算出溶剂可访问的区域。模拟在25°C下进行了1×106平衡步骤和1×107的生产步骤。使用大规范热力学集合的吸附等温任务用于模拟H2O分子在固定的散发性下的吸附。刺山分子的数量变化,直到在一系列固定压力运行中达到平衡为止。使用规范热力学集合的固定加载任务,用于通过固定H2O分子的数量,晶胞体积和仿真温度来识别水的可能位置。H2O分子的吸附构型由Metropolis Monte Carlo Method74取样,该方法允许进行允许转换。在没有偏见的情况下生成了试验配置,并且可以接受导致较高概率的状态的转换,而另一些则被拒绝。试验状态由力场衍生的势能支配。在MS的可视化器模块中可视化了最小能量哀号的位置,而退化状态的叠加是概率密度图。
使用Compass II力场的Forcite模块进行分子动力学(MD)模拟,并自动分配了电荷。NVT(固定数量的原子,n;固定体积,V;固定温度,t)热力学合奏用于使用吸附模块加载H2O分子的周期结构上。在1.0-FS的时间步中,在10 ns的模拟时间内随机将初始速度随机分配,并使用Nosé-Hoover-Langevin thermostat75控制模拟温度。使用Forcite分析对话框分析了从MD计算获得的结果。具体而言,在这项工作中使用了径向分布函数和MSD分析。
径向分布函数分析:H2O分子的数量从单位细胞中的每个通道系统增加到六个水分子。每个模拟都提供了10,000帧,其中通过监测水 - 水相互作用和水 - OH组相互作用,最大对距离为0.6 nm,可以识别氢键相互作用的长度。
MSD分析:从在-50°C下测得的高质量SCXRD结构获得了非氢原子。如前所述,使用吸附模块中的固定载荷方案加载了每通道的20个水分子,并在温度下进行MD,如前所述。MSD分析是对MD计算的前1.5 ns进行的。
使用TA仪器Q500热重分析仪进行TGA。该仪器测量样品质量随温度的变化。在从室温到80°C的60 cm3 min -1的干n2气吹动下,以10°C min -1的速度加热样品。使用TA仪器通用分析程序分析热图。
在技术上,使用TGA来确定亚ambient吨是一项挑战,通常是通过室温从室温加热来进行的。标准TGA仪器未配置用于低温分析。如果有的话,冷却单元将导致任何大气水凝结在样品上,并在样品加载过程中平衡组件。尽管可以通过在干燥条件下进行实验来避免凝结,但该溶液具有其自身的局限性:低吨的材料将在0%RH环境中迅速脱水。
使用配备有液氮冷却系统的TA仪器Q100分析仪记录DSC热图。在实验过程中,使用氮(50 cm3 min -1)或氦(25 cm3 min -1)气体清除样品室。实验的更多细节在补充文本10中给出。
DVS分析用于在10°C,25°C和40°C下用多孔T1量化水吸收。使用氮作为载气的DVS优势分析仪(表面测量系统LTD)进行这些测量。将粉末状样品(c。6mg)加载到分析仪细胞的平衡盘上,并在0%RH和40°C下激活24小时。激活完成后,将样品室平衡至指定的测量温度(10°C,25°C或40°C),RH在5%的步骤中从3%增加到98%,然后在5%步骤中以5%的步骤降至3%。在每个步骤中,将RH维持,直到质量变化小于0.001 wt%min -1。在每个温度下进行两次吸附 - 解吸周期。为了表明在55%下的水吸收突然增加并不是由于湿度的大量增加,因此在25°C下进行了狭窄的湿度范围的实验,新鲜样品为4.6 mg。对于全范围实验,将样品激活参数保持在维持下,而水吸收的测量在1%增量的湿度周期范围内开始为43-58%。
在冷却和-2°C和-160°C之间的冷却和加热过程中,记录了DSC热图(补充文本12)。为了提高测量值的灵敏度,将由4.05 mg单晶组成的样品直接放在DSC传感器阶段(补充图54)。
使用在内部开发的吸附平衡系统进行水蒸气吸附实验76。饱和盐溶液用于维持所需的RH条件。将吸附数据从11%RH(LICL溶液)记录到目标值,然后从目标值回到11%。对于典型的实验,平衡在11%RH处用一个空锅ther。然后将样品加载到锅上,其权重记录为11%RH,然后再次将平衡tail。通过用提供更高RH的溶液代替LICL溶液来启动吸附实验。将重量记录为时间的函数,并缩放数据以在α= 0到1的范围内产生α-时间图,其中α= 0表示在t = 0时的重量,而α= 1表示平衡时的重量。使用减速性动力学模型确定速率常数77。
一种与Takamizawa78相似的方法,该方法使用光学显微镜研究了单个晶体中包括的分子的动态流,用于确定通道排空的速率。在典型的实验中,将T1-Y的晶体粘在玻璃纤维上,通过暴露于高湿度,然后在实验温度下将其转换为T1-R。定期记录晶体的图像,并根据时间t的函数绘制前进的黄色区域D的长度(补充图60-66)。

