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Química reticular y expansión isorreticular

2002
  • Omar M. Yaghi
  • Michael O’Keeffe
Síntesis de marcos metal-orgánicos en un entorno de laboratorio moderno, centrado en la química reticular.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

Reticular chemistry is the design principle for MOFs, involving the assembly of predetermined molecular building blocks (metal nodes and organic linkers) into extended, ordered structures with predictable topologies. A key demonstration of this principle is the synthesis of isoreticular MOFs, where the underlying network topology is maintained while the pore size is systematically expanded by using progressively longer organic linkers.

Reticular chemistry elevates the synthesis of materials from a trial-and-error process to a more deterministic, design-based science. It treats the metal clusters (Secondary Building Units, SBUs) and organic linkers as pre-defined geometric shapes (e.g., an octahedral SBU and a linear linker). By understanding the coordination preferences of the metal and the geometry of the linker, chemists can predict the resulting network topology before synthesis. The most famous example of this is the Isoreticular MOF (IRMOF) series, which is based on the archetypal MOF-5 structure. MOF-5 has a primitive cubic (pcu) topology formed from Zn4O octahedral SBUs and linear 1,4-benzenedicarboxylate (BDC) linkers.

El concepto de expansión isoreticular se demostró sustituyendo el enlazador BDC por enlazadores de dicarboxilato más largos, pero geométricamente similares, como el 2,6-naftalenodicarboxilato (NDC) o el 4,4′-bifenildicarboxilato (BPDC). Los materiales resultantes, IRMOF-8 e IRMOF-10 respectivamente, conservaban la misma topología de red pcu que el MOF-5 pero presentaban poros significativamente mayores. Esta variación sistemática permitió establecer una correlación directa entre la longitud del enlazador, el tamaño de los poros y propiedades como la capacidad de absorción de gas, demostrando que las propiedades de los MOF podían ajustarse de forma muy controlada. Este principio se ha extendido a muchas otras topologías de red y combinaciones de bloques de construcción, consolidando los MOF como un ejemplo excelente de materia programable a nivel molecular.

UNESCO Nomenclature: 2203
- Química inorgánica

Tipo

Principio de diseño

Ruptura

Fundacional

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • concepts of supramolecular chemistry by jean-marie lehn
  • crystal engineering principles developed by gerhard schmidt
  • development of single-crystal x-ray diffraction for structure determination
  • synthesis of early coordination polymers
  • topological analysis of crystal structures

Aplicaciones

  • systematic tuning of pore size for selective molecular sieving
  • rational design of catalizadores with controlled active site spacing
  • estudios fundamentales del gas adsorción en espacios confinados
  • creation of hierarchical porous structures
  • design of frameworks for encapsulating large molecules like proteins

Patentes:

NA

Ideas para posibles innovaciones

  • programmable mofs that change pore size in response to light or heat
  • multi-component mofs (MT-MOFs) with precisely arranged, different linkers for complex catalytic cascades
  • chiral MOFs designed for enantioselective separations in the pharmaceutical industry
  • mof-based logic gates where chemical inputs trigger structural changes
  • materials with negative thermal expansion designed from first principles
  • dynamic frameworks for capturing and releasing molecules on demand
  • mof ‘sponges’ for crystallizing and determining the structure of otherwise non-crystallizable molecules
  • frameworks with precisely engineered defects for enhanced catalytic activity
  • interpenetrated mof structures for enhanced mechanical stability
  • composite materials combining mofs with polymers for improved processability
Relacionado con: química reticular, isoreticular, MOF, irMOF, ingeniería cristalina, topología, unidad de construcción secundaria, SBU, diseño racional, ajuste del tamaño de los poros.

Contexto histórico

Química reticular y expansión isorreticular

1991
1994
1997
2002
2015-09-14
1990
1993-01-01
1995
2000
2004

(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

décimo año aniversario

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