Los gases y contaminantes se pueden filtrar del aire y los líquidos por medio de poros, materiales cristalinos, como las estructuras organometálicas (MOF). Para dividir aún más estos poros y mejorar su capacidad de sorción, un equipo de científicos ha desarrollado una estrategia sintética dos en uno rápida y versátil, combinando la coordinación de metales con la química covalente de elementos ligeros. Como se detalla en un estudio de la revista Angewandte Chemie , El nuevo material dividido en el espacio de los poros podría usarse como un adsorbente de amoníaco altamente eficiente.

La estructura de los MOF es una red coordinativa de metales con enlazadores orgánicos, que construye una red porosa tridimensional grande y simétrica. Los gases pueden difundirse dentro y fuera de los poros. Una vez en un MOF, Las moléculas de gas se adsorben en los sitios de adsorción proporcionados por los iones metálicos y las moléculas enlazadoras. Sin embargo, pequeñas moléculas de gas como el CO ₂ , acetileno, y el amoníaco no necesita poros dilatados para quedar atrapado, y resulta que a veces una red más densa y más sitios de adsorción pueden mejorar la capacidad de un MOF.

Por lo tanto, un equipo de científicos dirigido por Pingyun Feng en la Universidad de California, ESTADOS UNIDOS, intentó dividir los poros con ligandos covalentes, moléculas espaciadoras que se ensamblan mediante reacciones químicas. El particionamiento tiene la ventaja adicional de que podría hacer que el MOF sea más estable. La inestabilidad es una de las razones por las que los MOF aún no han tenido un uso generalizado, aunque son materiales de absorción de gas mucho más eficientes que, por ejemplo, zeolitas y carbón activado.

El equipo de Feng, incluido el estudiante graduado Yanxiang Wang, eligió la molécula aromática de ácido piridin-4-borónico como molécula de reparto. Este es un ligando inusual. Combina dos elementos ligeros diferentes con reactividad complementaria:el boro es un ácido de Lewis y tiende a atrapar agentes con alta densidad de electrones, mientras que el nitrógeno piridínico es una base de Lewis que busca ácidos de Lewis con los que reaccionar. Bajo condiciones normales, estas moléculas simplemente se atacarían entre sí y provocarían muchas reacciones no dirigidas.

Sin embargo, esto no sucedió aquí porque los autores integraron la reacción del ácido piridin-4-borónico en la reacción de coordinación del metal que forma el MOF. Tanto las reacciones covalentes como las coordinativas actuaron sinérgicamente y protegieron al ácido piridin-4-borónico de reacciones secundarias. Se formó un trímero que encajó perfectamente en los poros hexagonales del MOF. El resultado fue un MOF con una red orgánica covalente integrada, o "MOF particionado en el espacio de los poros", proporcionando muchos sitios nuevos para la adsorción de gas.

Los científicos sintetizaron varios de estos MOF, cada uno con una combinación diferente de metales y ligandos orgánicos. Los nuevos MOF divididos en el espacio de poros mostraron una mejor absorción de gas que los que no estaban divididos. Es más, los sitios ácidos de boro Lewis expuestos de los ligandos de reparto permitieron la absorción de amoniaco con una alta densidad de empaquetamiento. Este trabajo presenta un avance en la síntesis y el rendimiento de MOF. Las reacciones que no se consideraron posibles, como la trimerización pura de un ácido piridinborónico, se logran y pueden conducir a componentes de gran utilidad.