Découverte et optimisation de la synthèse de composés de cadre organométallique à base d’Al(III) phosphonate isoréticulaire à l’aide de méthodes à haut débit

Résumé

La synthèse ciblée de nouveaux cadres organométalliques (MOF) est difficile, et leur découverte dépend des connaissances et de la créativité du chimiste. Les méthodes à haut débit permettent d’explorer rapidement et efficacement des champs de paramètres synthétiques complexes, accélérant ainsi le processus de recherche de composés cristallins et d’identification des tendances synthétiques et structurelles.

Résumé

Les méthodes à haut débit (HT) sont un outil important pour le criblage rapide et efficace des paramètres de synthèse et la découverte de nouveaux matériaux. Ce manuscrit décrit la synthèse de structures organométalliques (MOF) à partir d’une solution à l’aide d’un système de réacteur HT, aboutissant à la découverte de divers MOF à base de phosphonates de la composition [Al₂H 12-x(PMP)₃]Cl x∙_6H2O(H 4 PMP = N,N'-pipérazine bis(acide méthylènephosphonique)) pour_x =₄, 6, noté Al-CAU-60-xHCl, contenant des ions aluminium trivalents. Ceci a été accompli dans des conditions de réaction solvothermique en criblant systématiquement l’impact du rapport molaire de l’agent de liaison au métal et le pH du mélange réactionnel sur la formation du produit. Le protocole de l’étude HT comprend six étapes: a) planification de la synthèse (DOE = plan d’expérience) dans le cadre de la méthodologie HT, b) dosage et travail avec des réacteurs HT développés en interne, c) synthèse solvothermique, d) préparation de la synthèse à l’aide de blocs de filtration développés en interne, e) caractérisation par diffraction des rayons X sur poudre HT et f) évaluation des données. La méthodologie HT a d’abord été utilisée pour étudier l’influence de l’acidité sur la formation du produit, ce qui a conduit à la découverte d’Al-CAU-60∙xHCl (x = 4 ou 6).

Introduction

Les structures organométalliques (MOF) sont des composés cristallins poreux dont les structures sont constituées de nœuds contenant des métaux, comme des ions métalliques ou des amas métal-oxygène, qui sont reliés par des molécules organiques (linkers)¹. En faisant varier les nœuds contenant du métal ainsi que l’agent de liaison, une variété de composés peuvent être obtenus qui présentent un large éventail de propriétés et ont donc des applications potentielles dans différents domaines¹.

La stabilité d’un matériau est importante pour son application

Protocole

Dans ce protocole, l’étude HT des systèmes chimiques pour découvrir de nouveaux matériaux cristallins, en utilisant Al-CAU-60²⁹ comme exemple, est décrite.

1. Plan d’expérience (DOE)

REMARQUE : La première étape consiste à établir un plan de synthèse, ce qui nécessite une connaissance de la configuration du réacteur (Figure 2), des réactifs et des solvants utilisés. Cette procédure de planification de synthèse est adaptée pour effectuer 24 ou 48 réactions dans le cadre d’un programme température-temps spécifique, pour lequel des multiclaves en a....

Discussion

En raison de la complexité de la méthode HT, les étapes individuelles et la méthode elle-même sont abordées dans les sections suivantes. La première partie couvre les étapes critiques pour chaque étape de travail du flux de travail HT (Figure 1), les modifications possibles et les limites de la technique, le cas échéant. À la fin, une discussion générale incluant également l’importance de la méthode HT par rapport aux méthodes existantes et aux applications futures est pr?.......

matériels

Name	Company	Catalog Number	Comments
AlCl3·6H2O	Grüssing	N/A	99%
Filter block for filtration of max. 48 reaction mixtures	In-house made	N/A	Technical drawings in the supplementary files
Hydrochloric acid	Honeywell	258148	Conc. 37 %, p.a.
Multiclaves with 24 individual Teflon inserts	In-house made	N/A	Technical drawings in the supplementary files
N,N ‘-piperazine bis(methylenephosphonic acid	Prepared by coworkers	N/A	H4PMP,  Prepared by coworkers with the method reported by Villemin et al.: D. Villemin, B. Moreau, A. Elbilali, M.-A. Didi, M.’h. Kaid, P.-A. Jaffrès, Phosphorus Sulfur Silicon Relat. Elem. 2010, 185, 2511.
Sample Plate for PXRD	In-house made	N/A	Technical drawings in the supplementary files
Sodium hydroxide	Grüssing	N/A	99%
Stoe Stadi P Combi	STOE	Stadi P Combi	Cu-Kα1 radiation (λ = 1.5406 Å); transmission geometry; MYTHEN2 1K detector; opening angle 18°; curved  monochromator; xy-table
Forced convection oven	Memmert	UFP400