Descoberta e Otimização da Síntese de Compostos Metal-Orgânicos Isoreticulares à Base de Al(III) Fosfonato Usando Métodos de Alto Rendimento

Resumo

A síntese direcionada de novos frameworks metal-orgânicos (MOFs) é difícil, e sua descoberta depende do conhecimento e criatividade do químico. Métodos de alto rendimento permitem que campos de parâmetros sintéticos complexos sejam explorados de forma rápida e eficiente, acelerando o processo de encontrar compostos cristalinos e identificar tendências sintéticas e estruturais.

Resumo

Os métodos de alto rendimento (HT) são uma ferramenta importante para a triagem rápida e eficiente dos parâmetros de síntese e a descoberta de novos materiais. Este manuscrito descreve a síntese de estruturas metal-orgânicas (MOFs) a partir de solução usando um sistema de reator HT, resultando na descoberta de vários MOFs à base de fosfonatos da composição [Al 2 H 12-x(PMP)₃]Cl x∙6H₂O (H 4PMP = N,N '-piperazina bis(ácido metilenofosfônico)) para_x =₄, 6, denotado como Al-CAU-60-xHCl, contendo íons trivalentes de alumínio. Isto foi realizado sob condições de reação solvotérmica através da triagem sistemática do impacto da razão molar do ligante ao metal e do pH da mistura reacional na formação do produto. O protocolo para a investigação da HT inclui seis etapas: a) planejamento da síntese (DOE = planejamento do experimento) dentro da metodologia HT, b) dosagem e trabalho com reatores HT desenvolvidos internamente, c) síntese solvotérmica, d) investigação da síntese usando blocos de filtração desenvolvidos internamente, e) caracterização por difração de raios X do pó HT e f) avaliação dos dados. A metodologia HT foi primeiramente utilizada para estudar a influência da acidez na formação do produto, levando à descoberta do Al-CAU-60∙xHCl (x = 4 ou 6).

Introdução

Estruturas metal-orgânicas (MOFs) são compostos porosos, cristalinos, cujas estruturas consistem em nós contendo metais, como íons metálicos ou aglomerados metal-oxigênio, que são conectados por moléculas orgânicas (ligantes)¹. Variando-se os nós contendo metais e o ligante, pode-se obter uma variedade de compostos que exibem uma ampla gama de propriedades e, portanto, têm aplicações potenciais em diferentes campos¹.

A estabilidade de um material é importante para sua aplicação ^1,2,3. Portanto, MOFs c....

Protocolo

Neste protocolo, descreve-se a investigação HT de sistemas químicos para descoberta de novos materiais cristalinos, utilizando como exemplo o^{Al-CAU-60 29} .

1. Planejamento do Experimento (DOE)

NOTA: O primeiro passo é estabelecer um plano de síntese, que requer conhecimento da configuração do reator (Figura 2), reagentes e solventes utilizados. Este procedimento de planejamento de síntese é adaptado para realizar 24 ou 48 reações sob um programa específico de temperatura-tempo, para o qual multiclaves de aço fabricadas internamente são usadas pa....

Discussão

Devido à complexidade do método HT, as etapas individuais e o método em si são discutidos nas seções a seguir. A primeira parte aborda as etapas críticas para cada etapa de trabalho do fluxo de trabalho do HT (Figura 1), possíveis modificações e limitações da técnica, quando aplicável. Ao final, uma discussão geral também incluindo a importância do método HT em relação aos métodos existentes e aplicações futuras é apresentada.

Na primeira .......

Materiais

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