Covalent organic nanosheets (CONs) have emerged as a new class of functional two-dimensional (2D) porous organic polymeric materials with a high accessible surface, diverse functionality, and chemical stability. They could become versatile candidates for targeted drug delivery. Despite their many advantages, there are limitations to their use for target specific drug delivery. We anticipated that these drawbacks could be overturned by judicious postsynthetic modification steps to use CONs for targeted drug delivery. The postsynthetic modification would not only produce the desired functionality, it would also help to exfoliate to CONs as well. In order to meet this requirement, we have developed a facile, salt-mediated synthesis of covalent organic frameworks (COFs) in the presence of p-toluenesulfonic acid (PTSA). The COFs were subjected to sequential postsynthetic modifications to yield functionalized targeted CONs for targeted delivery of 5-fluorouracil to breast cancer cells. This postsynthetic modification resulted in simultaneous chemical delamination and functionalization to targeted CONs. Targeted CONs showed sustained release of the drug to the cancer cells through receptor-mediated endocytosis, which led to cancer cell death via apoptosis. Considering the easy and facile COF synthesis, functionality based postsynthetic modifications, and chemical delamination to CONs for potential advantageous targeted drug delivery, this process can have a significant impact in biomedical applications.

Abstract The copper(I)‐catalyzed cycloaddition reaction between azides and alkynes has been employed to make metal‐adhesive materials. Copper and brass surfaces supply the necessary catalytic Cu ions, and thus the polymerization process occurs selectively on these metals in the absence of added catalysts. Alternatively, copper compounds can be added to monomer mixtures and then introduced to reducing metal surfaces such as zinc to initiate polymerization. The resulting materials were found to possess comparable or superior adhesive strength to standard commercial glues, and structure‐activity correlations have identified several important properties of the monomers. © 2004 Wiley Periodicals, Inc. J Polym Sci Part A: Polym Chem 42: 4392–4403, 2004

The experimental rate law for the Cu(I)-catalyzed azide-alkyne cycloaddition (CuAAC) reaction was found to vary in complex ways with concentration, the presence of chloride ion, and the presence of accelerating ligands. Several examples of discontinuous ("threshold behavior") kinetics were observed, along with a decidedly nonlinear correlation of electronic substituent parameter with the rate of CuAAC reaction with p-substituted arylazides. The previously observed tendency of the CuAAC reaction to provide ditriazoles from a conformationally constrained 1,3-diazide was found to be affected by a class of polybenzimidazole ligands introduced in the accompanying article. Various lines of evidence suggest that the standard tris(triazolylmethyl)amine ligand binds less strongly to Cu(I) than its benzimidazole analogues. On the basis of these observations, it is proposed that (a) a central nitrogen donor provides electron density at Cu(I) that assists the cycloaddition reaction, (b) the three-armed motif bearing relatively weakly coordinating heterocyclic ligands serves to bind the metal with sufficient strength while providing access to necessary coordination site(s), (c) at least two active catalysts or mechanisms are operative under the conditions studied, and (d) pendant acid or ester arms in the proper position can assist the reaction by speeding the protiolysis step that cleaves the Cu-C bond of a Cu.triazolyl intermediate.

Gold [Au(0)] nanoparticles immobilized into a stable covalent organic framework (COF) have been synthesized via the solution infiltration method. The as-synthesized Au(0)@TpPa-1 catalyst shows high recyclability and superior reactivity for nitrophenol reduction reaction than HAuCl4·3H2O.

We describe the functionalization of single-wall carbon nanotubes (SWNTs) with 4-(2-trimethylsilyl)ethynylaniline and the subsequent attachment of a zinc-phthalocyanine (ZnPc) derivative using the reliable Huisgen 1,3-dipolar cycloaddition. The motivation of this study was the preparation of a nanotube-based platform which allows the facile fabrication of more complex functional nanometer-scale structures, such as a SWNT−ZnPc hybrid. The nanotube derivatives described here were fully characterized by a combination of analytical techniques such as Raman, absorption and emission spectroscopy, atomic force and scanning electron microscopy (AFM and SEM), and thermogravimetric analysis (TGA). The SWNT−ZnPc nanoconjugate was also investigated with a series of steady-state and time-resolved spectroscopy experiments, and a photoinduced communication between the two photoactive components (i.e., SWNT and ZnPc) was identified. Such beneficial features lead to monochromatic internal photoconversion efficiencies of 17.3% when the SWNT−ZnPc hybrid material was tested as photoactive material in an ITO photoanode.

CdS nanoparticles were deposited on a highly stable, two-dimensional (2D) covalent organic framework (COF) matrix and the hybrid was tested for photocatalytic hydrogen production. The efficiency of CdS-COF hybrid was investigated by varying the COF content. On the introduction of just 1 wt% of COF, a dramatic tenfold increase in the overall photocatalytic activity of the hybrid was observed. Among the various hybrids synthesized, that with 10 wt% COF, named CdS-COF (90:10), was found to exhibit a steep H2 production amounting to 3678 μmol h(-1) g(-1), which is significantly higher than that of bulk CdS particles (124 μmol h(-1) g(-1)). The presence of a π-conjugated backbone, high surface area, and occurrence of abundant 2D hetero-interface highlight the usage of COF as an effective support for stabilizing the generated photoelectrons, thereby resulting in an efficient and high photocatalytic activity.

Abstract A Gd III ‐based porous metal–organic framework (MOF), Gd‐pDBI, has been synthesized using fluorescent linker pDBI (pDBI=(1,4‐bis(5‐carboxy‐1H‐benzimidazole‐2‐yl)benzene)), resulting in a three‐dimensional interpenetrated structure with a one‐dimensional open channel (1.9×1.2 nm) filled with hydrogen‐bonded water assemblies. Gd‐pDBI exhibits high thermal stability, porosity, excellent water stability, along with organic‐solvent and mild acid and base stability with retention of crystallinity. Gd‐pDBI was transformed to the nanoscale regime (ca. 140 nm) by mechanical grinding to yield MG‐Gd‐pDBI with excellent water dispersibility (>90 min), maintaining its porosity and crystallinity. In vitro and in vivo studies on MG‐Gd‐pDBI revealed its low blood toxicity and highest drug loading (12 wt %) of anticancer drug doxorubicin in MOFs reported to date with pH‐responsive cancer‐cell‐specific drug release.

Highly stable COF supported Pd(0) and Pd(ii) nanoparticles (i.e.Pd(0)@Tppa-1 and Pd(ii)@TpPa-1) have been synthesized. Pd(0)@TpPa-1 serves as a robust and efficient heterogeneous catalyst for copper free Sonogashira and Heck coupling reactions under basic conditions, whereas Pd(ii)@TpPa-1 satisfactorily catalyzes intramolecular oxidative biaryl synthesis under acidic conditions.

Water splitting, leading to hydrogen and oxygen in a process that mimics natural photosynthesis, is extremely important for devising a sustainable solar energy conversion system. Development of earth-abundant, transition metal-based catalysts that mimic the oxygen-evolving complex of photosystem II, which is involved in oxidation of water to O2 during natural photosynthesis, represents a major challenge. Further, understanding the exact mechanism, including elucidation of the role of active metal-oxo intermediates during water oxidation (WO), is critical to the development of more efficient catalysts. Herein, we report Fe(III) complexes of biuret-modified tetra-amidomacrocyclic ligands (Fe-TAML; 1a and 1b) that catalyze fast, homogeneous, photochemical WO to give O2, with moderate efficiency (maximum TON = 220, TOF = 0.76 s(-1)). Previous studies on photochemical WO using iron complexes resulted in demetalation of the iron complexes with concomitant formation of iron oxide nanoparticles (NPs) that were responsible for WO. Herein, we show for the first time that a high valent Fe(V)(O) intermediate species is photochemically generated as the active intermediate for the oxidation of water to O2. To the best of our knowledge, this represents the first example of a molecular iron complex catalyzing photochemical WO through a Fe(V)(O) intermediate.

SUMMARY Loss of proteostasis is a hallmark of aging and Alzheimer disease (AD). Here, we identify β-hydroxybutyrate (βHB), a ketone body, as a regulator of protein solubility in the aging brain. βHB is a small molecule metabolite which primarily provides an oxidative substrate for ATP during hypoglycemic conditions, and also regulates other cellular processes through covalent and noncovalent protein interactions. We demonstrate βHB-induced protein insolubility across in vitro , ex vivo , and in vivo mouse systems. This activity is shared by select structurally similar metabolites, is not dependent on covalent protein modification, pH, or solute load, and is observable in mouse brain in vivo after delivery of a ketone ester. Furthermore, this phenotype is selective for pathological proteins such as amyloid-β, and exogenous βHB ameliorates pathology in nematode models of amyloid-β aggregation toxicity. We have generated a comprehensive atlas of the βHB-induced protein insolublome ex vivo and in vivo using mass spectrometry proteomics, and have identified common protein domains within βHB target sequences. Finally, we show enrichment of neurodegeneration-related proteins among βHB targets and the clearance of these targets from mouse brain, likely via βHB-induced autophagy. Overall, these data indicate a new metabolically regulated mechanism of proteostasis relevant to aging and AD.