Oppdagelse og synteseoptimalisering av isoretikulære Al(III)fosfonatbaserte metallorganiske rammeforbindelser ved bruk av høykapasitetsmetoder

Summary

Den målrettede syntesen av nye metallorganiske rammer (MOF) er vanskelig, og deres oppdagelse avhenger av kjemikerens kunnskap og kreativitet. Høykapasitetsmetoder gjør det mulig å utforske komplekse syntetiske parameterfelt raskt og effektivt, akselerere prosessen med å finne krystallinske forbindelser og identifisere syntetiske og strukturelle trender.

Abstract

High-throughput (HT) metoder er et viktig verktøy for rask og effektiv screening av synteseparametere og oppdagelse av nye materialer. Dette manuskriptet beskriver syntesen av metallorganiske rammer (MOF) fra løsning ved bruk av et HT-reaktorsystem, noe som resulterer i oppdagelsen av forskjellige fosfonatbaserte MOFer av sammensetningen [Al 2 H 12-x (PMP) ₃] Cl x ∙ 6H₂O (H 4 PMP = N, N '-piperazin bis (metylenfosfonsyre)) for_x =₄, 6, betegnet som Al-CAU-60-xHCl, som inneholder trivalente aluminiumioner. Dette ble oppnådd under solvotermiske reaksjonsbetingelser ved systematisk å screene virkningen av molforholdet mellom linkeren og metallet og pH i reaksjonsblandingen på produktdannelsen. Protokollen for HT-undersøkelsen inkluderer seks trinn: a) synteseplanlegging (DOE = eksperimentdesign) innenfor HT-metodikken, b) dosering og arbeid med egenutviklede HT-reaktorer, c) solvotermisk syntese, d) synteseopparbeidelse ved bruk av egenutviklede filtreringsblokker, e) karakterisering ved HT-pulverrøntgendiffraksjon, og f) evaluering av dataene. HT-metoden ble først brukt til å studere påvirkning av surhet på produktdannelsen, noe som førte til oppdagelsen av Al-CAU-60∙xHCl (x = 4 eller 6).

Introduction

Metallorganiske rammer (MOF) er porøse, krystallinske forbindelser hvis strukturer består av metallholdige noder, som metallioner eller metall-oksygenklynger, som er forbundet med organiske molekyler (linkere)¹. Ved å variere metallholdige noder så vel som linkeren, kan en rekke forbindelser oppnås som har et bredt spekter av egenskaper og derfor har potensielle anvendelser i forskjellige felt¹.

Stabiliteten til et materiale er viktig for dets anvendelse ^1,2,3. Derfor har MOFer som inneholder tri- ell....

Protocol

I denne protokollen beskrives HT-undersøkelsen av kjemiske systemer for å oppdage nye krystallinske materialer, med Al-CAU-60²⁹ som eksempel.

1. Design av eksperiment (DOE)

MERK: Det første trinnet er å sette opp en synteseplan, som krever kunnskap om reaktoroppsettet (figur 2), reaktanter og løsningsmidler som brukes. Denne synteseplanleggingsprosedyren er tilpasset å utføre 24 eller 48 reaksjoner under et spesifikt temperatur-tidsprogram, for hvilke internt fremstilte stålmultiklaver brukes til å utføre 24 (figur 2A

Discussion

På grunn av HT-metodens kompleksitet diskuteres de enkelte trinnene og selve metoden i de følgende avsnittene. Den første delen dekker de kritiske trinnene for hvert arbeidstrinn i HT-arbeidsflyten (figur 1), mulige modifikasjoner og begrensninger i teknikken, der det er aktuelt. Avslutningsvis presenteres en generell diskusjon som også inkluderer HT-metodens betydning for eksisterende metoder og fremtidige anvendelser.

I det første trinnet i HT-arbeidsflyte.......

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