Scoperta e ottimizzazione della sintesi di composti isoreticolari a base di al(III) fosfonato metallo-organico mediante metodi ad alta produttività

Riepilogo

La sintesi mirata di nuove strutture metallo-organiche (MOF) è difficile e la loro scoperta dipende dalla conoscenza e dalla creatività del chimico. I metodi ad alto rendimento consentono di esplorare campi di parametri sintetici complessi in modo rapido ed efficiente, accelerando il processo di ricerca di composti cristallini e identificando tendenze sintetiche e strutturali.

Abstract

I metodi ad alta produttività (HT) sono uno strumento importante per lo screening rapido ed efficiente dei parametri di sintesi e la scoperta di nuovi materiali. Questo manoscritto descrive la sintesi di strutture metallo-organiche (MOF) da soluzione utilizzando un sistema di reattori HT, con conseguente scoperta di vari MOF a base di fosfonati della composizione [Al 2 H 12-x(PMP)₃]Cl x∙6H₂O (H 4 PMP = N,N '-piperazina bis(acido metilenfosfonico)) per_x =₄, 6, indicato come Al-CAU-60-xHCl, contenente ioni di alluminio trivalenti. Ciò è stato ottenuto in condizioni di reazione solvotermica esaminando sistematicamente l'impatto del rapporto molare del linker al metallo e il pH della miscela di reazione sulla formazione del prodotto. Il protocollo per l'indagine HT comprende sei fasi: a) pianificazione della sintesi (DOE = progettazione dell'esperimento) all'interno della metodologia HT, b) dosaggio e lavoro con reattori HT sviluppati internamente, c) sintesi solvotermica, d) lavoro di sintesi utilizzando blocchi di filtrazione sviluppati internamente, e) caratterizzazione mediante diffrazione a raggi X della polvere HT e f) valutazione dei dati. La metodologia HT è stata utilizzata per la prima volta per studiare l'influenza dell'acidità sulla formazione del prodotto, portando alla scoperta di Al-CAU-60∙xHCl (x = 4 o 6).

Introduzione

Le strutture metallo-organiche (MOF) sono composti porosi e cristallini le cui strutture sono costituite da nodi contenenti metalli, come ioni metallici o cluster metallo-ossigeno, che sono collegati da molecole organiche (linker)¹. Variando i nodi contenenti metalli e il linker, è possibile ottenere una varietà di composti che presentano una vasta gamma di proprietà e quindi hanno potenziali applicazioni in diversi campi¹.

La stabilità di un materiale è importante per la sua applicazione ^1,2,3. Perta....

Protocollo

In questo protocollo, viene descritta l'indagine HT dei sistemi chimici per scoprire nuovi materiali cristallini, usando Al-CAU-60²⁹ come esempio.

1. Progettazione dell'esperimento (DOE)

NOTA: Il primo passo consiste nell'impostare un piano di sintesi, che richiede la conoscenza della configurazione del reattore (Figura 2), dei reagenti e dei solventi utilizzati. Questa procedura di pianificazione della sintesi è adattata per eseguire 24 o 48 reazioni nell'ambito di uno specifico programma temperatura-tempo, per il quale vengono utilizzati multi....

Discussione

A causa della complessità del metodo HT, i singoli passaggi e il metodo stesso sono discussi nelle sezioni seguenti. La prima parte copre le fasi critiche per ogni fase di lavoro del flusso di lavoro HT (Figura 1), le possibili modifiche e le limitazioni della tecnica, ove applicabile. Al termine, viene presentata una discussione generale che include anche il significato del metodo HT rispetto ai metodi esistenti e alle applicazioni future.

Nella prima fase del .......

Materiali

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