Figura 1. Representación esquemática de estructuras porosas construidas a partir de moléculas de hidrógeno. Las estructuras deben ser estables incluso después de la eliminación de las moléculas de disolvente de los poros. Crédito:Universidad de Osaka
Durante las últimas dos décadas, Los materiales porosos como las zeolitas y las estructuras metalorgánicas han llamado la atención de la comunidad científica debido a la amplia gama de aplicaciones derivadas de su porosidad. Recientemente, Ha surgido una nueva clase de todos los materiales orgánicos:las estructuras orgánicas con enlaces de hidrógeno (HOF, por sus siglas en inglés). Estos materiales cristalinos se basan en dos tipos de interacciones no covalentes:interacciones π-π que forman la pila vertical, e interacciones de enlaces de hidrógeno que proporcionan el orden y la estabilidad entre las unidades moleculares. La combinación de estas interacciones permite el ensamblaje de unidades moleculares específicamente diseñadas para obtener estructuras cristalinas ordenadas que permiten el desarrollo de materiales con propiedades químicas y físicas ajustables.
Una colaboración internacional entre la Universidad de Osaka, Japón, y la Universidad de Castilla, España, desarrolló estructuras orgánicas unidas por hidrógeno (HOF) porosas monocristalinas estables que son térmicamente y químicamente duraderas y tienen una gran superficie y propiedades de fluorescencia. A través de moléculas apiladas unidimensionalmente y enlaces de hidrógeno, fabricaron las estructuras rígidas y estables a pesar de que estas estructuras consistían en ácido carboxílico débilmente unido por enlaces de hidrógeno. Los resultados de su investigación se publicaron en Edición internacional Angewandte Chemie .
Se encontró que este material poroso tiene una amplia superficie específica de 1288 m2 por 1 gy puede mantener su estructura a temperaturas de hasta 305 ° C en la atmósfera. Además, Los enlaces de hidrógeno de este material no se rompen incluso cuando se sumergen en alcohol o ácido clorhídrico concentrado y se calientan. Se encontró que este material poroso tenía HOF bastante estables en comparación con los materiales convencionales.
Es difícil formar sistemáticamente HOF como se diseñaron, por lo que se buscó el establecimiento de una metodología para la formación de HOF. Este grupo había descubierto que un derivado de hexaazatrifenileno (HAT) con 6 grupos carboxifenilo (CPHAT) formaba HOF con alta resistencia al calor. Pensaron que un derivado de HAT con grupos carboxiarilo era un bloque de construcción molecular prometedor para construir HOF estables con una gran área de superficie. Usando un derivado de HAT con grupos carboxibifenilo (CBPHAT), obtuvieron HOF térmica y químicamente estables con una gran superficie, demostrando la efectividad de los marcos de HAT al sintetizar y cristalizar derivados de HAT que tienen manos más largas para captar átomos vecinos.
Figura 2. Estructuras cristalinas de HOF (estructuras orgánicas con enlaces de hidrógeno) compuestas por derivados de HAT (CPHAT y CBPHAT). Crédito:Universidad de Osaka
El autor principal, Ichiro Hisaki de la Universidad de Osaka, dijo:"En este estudio, descubrimos que los derivados de HAT formaban HOF rígidos y estables a través de (1) enlaces de hidrógeno entre grupos carboxi, (2) redes tridimensionales (3-D), (3) interpenetración de la red, y (4) acoplamiento con forma de núcleos HAT retorcidos ". (Figura 3)
Este estudio contribuirá al desarrollo de HOF funcionales como HOF que muestran absorción selectiva de CO2, y permitirá la conversión de CO2 en especies químicas útiles como el alcohol.
Figura 3. Interpretación jerárquica de un HOF rígido y estable (CPHAT-1a) mediante (1) enlaces de hidrógeno entre grupos carboxi, (2) redes tridimensionales (3D), (3) interpenetración de la red, y (4) acoplamiento de forma ajustada de núcleos HAT retorcidos.
