גילוי וסינתזה אופטימיזציה של תרכובות מסגרת מתכת-אורגניות מבוססות פוספונטים Isoreticular Al(III) באמצעות שיטות תפוקה גבוהה

Summary

הסינתזה הממוקדת של מסגרות מתכת-אורגניות חדשות (MOFs) היא קשה, וגילוין תלוי בידע וביצירתיות של הכימאי. שיטות תפוקה גבוהה מאפשרות לחקור שדות פרמטרים סינתטיים מורכבים במהירות וביעילות, להאיץ את תהליך מציאת תרכובות גבישיות ולזהות מגמות סינתטיות ומבניות.

Abstract

שיטות תפוקה גבוהה (HT) הן כלי חשוב לסינון מהיר ויעיל של פרמטרים של סינתזה וגילוי חומרים חדשים. כתב יד זה מתאר את הסינתזה של מסגרות מתכתיות-אורגניות (MOFs) מתמיסה באמצעות מערכת כור HT, וכתוצאה מכך התגלו MOFs שונים מבוססי פוספונטים של הרכב [Al 2 H_12-x(PMP)₃]Cl x∙6H₂O (H 4 PMP = N,N '-piperazine bis(methylenephosphonic acid)) עבור_x =₄, 6, המסומן כ- Al-CAU-60-xHCl, המכיל יוני אלומיניום טריוולנטיים. זה הושג בתנאי תגובה סולוותרמית על ידי סינון שיטתי של ההשפעה של היחס המולרי של המקשר למתכת ואת ה- pH של תערובת התגובה על היווצרות המוצר. הפרוטוקול לחקירת HT כולל שישה שלבים: א) תכנון סינתזה (DOE = תכנון ניסוי) במסגרת מתודולוגיית HT, ב) מינון ועבודה עם כורי HT שפותחו בתוך החברה, ג) סינתזה סולבותרמית, ד) עיבוד סינתזה באמצעות בלוקי סינון שפותחו בתוך החברה, ה) אפיון על ידי עקיפה של קרני רנטגן באבקת HT, ו) הערכה של הנתונים. מתודולוגיית HT שימשה לראשונה לחקר השפעת החומציות על היווצרות המוצר, מה שהוביל לגילוי Al-CAU-60∙xHCl (x = 4 או 6).

Introduction

מסגרות מתכתיות-אורגניות (MOFs) הן תרכובות נקבוביות גבישיות שהמבנים שלהן מורכבים מצמתים המכילים מתכת, כמו יוני מתכת או צבירי מתכת-חמצן, המחוברים באמצעות מולקולות אורגניות (מקשרים)¹. על ידי שינוי הצמתים המכילים מתכת כמו גם המקשר, ניתן לקבל מגוון של תרכובות המציגות מגוון רחב של תכונות ולכן יש יישומים פוטנציאליים בתחומים שונים¹.

יציבות החומר חשובה ליישומו ^1,2,3. לכן, MOFs המכילים יוני מתכת תלת-או טטרוולנטיים, כגון Al 3+, Cr³+, Ti 4+ או Zr⁴⁺, עם מולקולות קישור קר....

Protocol

בפרוטוקול זה מתוארת חקירת HT של מערכות כימיות לגילוי חומרים גבישיים חדשים, תוך שימוש ב- Al-CAU-60²⁹ כדוגמה.

1. תכנון ניסוי (DOE)

הערה: הצעד הראשון הוא להגדיר תוכנית סינתזה, אשר דורשת ידע על הגדרת הכור (איור 2), מגיבים וממסים שבהם נעשה שימוש. הליך תכנון הסינתזה הזה מותאם לביצוע 24 או 48 תגובות במסגרת תוכנית זמן טמפרטורה ספציפית, שעבורה רב-מובעי פלדה מתוצרת בית משמשים לביצוע 24 (איור 2A) או 48 תגובות (איור 2B) בבת אחת. הכורים הם תוספות PTFE מתוצרת פנימית עם נפח מגיב/ממס משומש של 1 מ"ל (כו....

תוצאות

נתוני PXRD מוצגים באיור 9. עבור ההערכה הראשונה, התוצאות המתקבלות קשורות לפרמטרי הסינתזה של מרחב הפרמטרים הנחקר. החקירה בוצעה באמצעות שישה יחסים מולאריים שונים של מקשר למתכת וארבעה יחסים מולאריים שונים של NaOH/HCl ל-Al³⁺. על-ידי קישור מידע זה עם נתוני PXRD שהתקבלו (אי.......

Discussion

בשל המורכבות של שיטת HT, השלבים האישיים ואת השיטה עצמה נדונים בסעיפים הבאים. החלק הראשון מכסה את השלבים הקריטיים עבור כל שלב עבודה בתהליך העבודה של HT (איור 1), שינויים אפשריים ומגבלות של הטכניקה, היכן שהדבר ישים. בסופו של דבר מוצג דיון כללי הכולל גם את משמעותה של שיטת HT ביחס לש?.......

Materials

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