Un equipo de científicos ha creado un ensamblaje quiral mezclando polioxometalatos inorgánicos y moléculas de ciclodextrina orgánica.
Los polioxometalatos (POM) son una clase de nanomateriales con muchas aplicaciones útiles. Sin embargo, el uso de polioxometalatos como componentes básicos para construir estructuras quirales basadas en POM ha sido un desafío de larga data para los investigadores. El equipo produjo un marco 3D en esta investigación, construido mediante ensamblaje de coordinación. La estructura resultante presenta una capa híbrida orgánico-inorgánica entrelazada.
El equipo ha publicado su trabajo en la revista Polyoxometalates. .
Los POM tienen características especiales que incluyen altas cargas negativas, notables capacidades redox e injertos orgánicos disponibles. Estas útiles características han hecho que los POM atraigan mucho interés en aplicaciones relacionadas con la energía. Sus posibles aplicaciones van desde la ciencia de los materiales hasta la catálisis, la medicina, la protección del medio ambiente y la producción de hidrógeno.
Con su fascinante versatilidad estructural y química, los POM son una opción reconocible en muchos campos de la ciencia, desde materiales funcionales y catálisis hasta magnetismo y biomedicina. Cuando los POM se utilizan como componentes básicos para construir marcos abiertos basados en POM, tienen muchas ventajas. Estos incluyen robustez y porosidad intrínseca. También se pueden reciclar fácilmente.
Las estructuras organometálicas (MOF) son una clase de materiales porosos cristalinos que se construyen a partir de iones metálicos y ligandos puente orgánicos. Son estructuras porosas muy uniformes que tienen grandes superficies. Los MOF, con su gran superficie específica y poros permanentes, se han convertido en excelentes candidatos para cargar POM. Cuando se combinan POM y MOF, forman una especie de material híbrido orgánico-inorgánico.
Estos materiales híbridos POM y MOF están atrayendo mucho interés entre los investigadores, especialmente las estructuras quirales basadas en POM. Quiral en química se refiere a imágenes especulares. Describir una molécula como quiral es decir que su imagen especular de sí misma es diferente. En el pasado, los investigadores se han enfrentado a desafíos al utilizar POM para crear marcos quirales basados en POM.
Por lo tanto, el equipo centró su trabajo en la aplicación de POM como componentes básicos en la construcción de marcos funcionalizados basados en POM quirales. Los compuestos quirales de POM tienen quiralidad extrínseca o intrínseca según sus fuentes quirales. La quiralidad de los compuestos POM proviene principalmente de las partes orgánicas u organometálicas quirales. Los POM intrínsecamente quirales son POM que son quirales debido a una ruptura de la simetría.
El equipo de investigación pudo construir una estructura quiral basada en POM mezclando POM inorgánicos y moléculas de ciclodextrina orgánica. "Como marco quiral robusto, se han explorado la separación quiral y la catálisis quiral", dijo Cai-Hong Zhan, profesor de la Facultad de Química y Ciencia de Materiales de la Universidad Normal de Zhejiang. Las ciclodextrinas son un grupo de oligosacáridos cíclicos que se producen a partir de almidón o derivados del almidón. Por su estructura, son buenos candidatos para complementar la estructura y mejorar las propiedades fisicoquímicas de los MOF.
El equipo conectó {SiW12 } aniones, que son iones cargados negativamente, con iones de manganeso en forma antiparalela. Esto formó una capa única totalmente inorgánica con importantes vacíos. Luego lo combinaron con una capa de ciclodextrina orgánica que llenó los huecos en la capa de POM-manganeso. Las dos capas se entrelazaron para formar el híbrido orgánico-inorgánico. Ampliaron las capas con el ion sodio para producir una estructura 3D.
El equipo utilizó ciclos térmicos para explorar la estabilidad, la separación quiral, la catálisis quiral y la conductividad de protones de la estructura compuesta que habían creado. "La robusta estabilidad de esta estructura compuesta ha sido verificada mediante experimentos de ciclos térmicos", dijo Zhan.
De cara al futuro, el equipo planea llevar este trabajo más lejos. "La separación quiral y la catálisis quiral se explorarán más a fondo cambiando el sustrato para demostrar que la estructura quiral tiene aplicaciones potenciales", dijo Zhan.
Más información: Xiu-Xia Ding et al, Estructuras quirales de polioxometalato-ciclodextrina mediante ensamblaje mediado por Mn:estabilidad mejorada y actividad catalítica, Polioxometalatos (2023). DOI:10.26599/POM.2023.9140046
Proporcionado por Tsinghua University Press
