Re-mofsmateriales cristalinos multifuncionales, basados en ligandos arildisulsufónicos: síntesis, estructura, propiedades

Resumen

En el trascurso de la última década, el avance en la obtención de nuevos materiales multifuncionales que posean propiedades físicas o químicas se han sido objeto de un desarro vertiginoso. Dentro de estos nuevos materiales, se encuentra una clase de compuestos cristalinos formados a partir de la unión de centros metálicos y linkers orgánicos formando redes poliméricas, en al menos una dimensión, los cuales son denominados MOFs (Metal Organic Frameworks). Estos tipos de compuestos se caracterizan por ser sólidos cristalinos, porosos, cuya estructura está directamente relacionada con sus propiedades. Estas pueden variar desde propiedades catalíticas, ópticas, magnéticas, electrónicas, de absorción, entre otras, las cuales pueden ser moduladas mediante el diseño racional de las estructuras a partir de las piezas (moléculas) decuadas. La herramienta principal para la caracterización de los materiales tipo MOF es la cristalografía, ya que mediante la determinación estructural y el conocimiento del empaquetamiento cristalino, podemos entender los mecanismos involucrados en la formación de las estructuras y los factores que determinan sus propiedades. En esta trabajo de tesis se presenta la síntesis por metodología hidrotermal, de compuestos tipo MOF, formados por tierras raras y ligandos aril disulfonato, como el acido 3,5-disulfobenzoico y el acido 1,8-antraquinona disulfonico. Además de la síntesis, fue realizada la caracterización estructural mediante difracción de rayos X de monocristal y otras técnicas como difracción de rayos X de polvo, espectroscopía infrarroja, análisis térmico (TGA) y análisis elemental. A partir de los datos cristalográficos fue posible realizar la clasificación topológica de las estructuras, tanto a nivel covalente como a nivel supramolecular. Las propiedades de los nuevos materiales fueron exploradas encontrando que poseen las siguientes características dependiendo del sistema estudiado: Catálisis heterogénea: para los compuestos RPF-18, RPF-19, RPF-21, RPF-22, RPF-23, (H3O2)Sc-MOF, (¿-OH)6Sc-MOF y (phen)Sc-MOF (capítulos 1, 2 y 4) se encontró que estos tienen una alta actividad hacia las reacciones de cianosililacion de aldehídos, bajo condiciones medias de reacción y libre de disolventes. La familia de compuestos RPF-16-Ln (capítulo 5), mostró reactividad hacia la reducción de precursores nitroaromáticos y además, fueron probados en reacciones tipo one-pot de aminación reductiva con prometedores resultados. Luminiscencia: esta propiedad fue observada en los compuestos RPF-16-Ln y RPF-17-Ln (capítulos 3 y 5), en donde la naturaleza intrínseca de los lantánidos hacia la emisión ha sido evidenciada; en el caso de los compuestos RPF-17, esta propiedad fue direccionada para la generación de materiales que pueden ser usados potencialmente como termómetros ópticos. Finalmente, fueron obtenidos una serie de compuestos a partir del escandio trivalente y el acido 3,5-disulfobenzoico, en donde fue posible obtener por primera vez un MOF de escandio bidimensional que contiene la especie H3O2- . Esta especie es por primera vez reportada y el estudio, tanto experimental como teórico, de su formación es presentado en el capítulo 4.