Metal organic frameworks

Struttura del composto **Zn₄O(BDC)₃** (noto come MOF-5), dove BDC²⁻=1,4-benzenedicarbossilato. Le sfere colorate indicano gli spazi vuoti all'interno della struttura.^[1]

I metal organic frameworks (MOFs), termine traducibile con reticoli metallorganici o strutture metallorganiche,^[3] sono materiali cristallini costituiti da ioni o cluster metallici coordinati a leganti organici rigidi in modo da formare strutture mono-, bi- o tridimensionali con porosità molto elevata. Lo spazio vuoto all'interno del materiale può raggiungere il 90% del volume del materiale, con aree superficiali interne molto elevate, anche oltre i 6000 m²/g.^[4] I MOFs possono essere sintetizzati a partire da una gran varietà di componenti organici e inorganici, ottenendo strutture diversissime. Per queste caratteristiche i MOFs sono ritenuti composti molto interessanti dato che negli spazi vuoti all'interno della struttura si possono immagazzinare gas come idrogeno, metano e diossido di carbonio. Altri possibili campi di applicazione riguardano la purificazione e la separazione di gas, la catalisi e la sensoristica.^[5]^[6]

Da un punto di vista più formale, un MOF è definito dalla IUPAC come un reticolo di coordinazione con leganti organici, contenente spazi vuoti potenziali. A sua volta un reticolo di coordinazione è definito come (a) un composto di coordinazione che si estende in una dimensione utilizzando unità di coordinazione che si ripetono, ma con reticolazioni tra due o più catene, cicli o legami spiro individuali, oppure come (b) un composto di coordinazione che si estende in due o tre dimensioni con unità di coordinazione che si ripetono.^[7]

Sintesi

Il primo a sintetizzare questi nuovi materiali fu Omar Yaghi all'Università della California, Los Angeles alla fine degli anni novanta.^[8]^[9] La metodologia di sintesi dei MOFs si è sviluppata a partire dalle conoscenze sulle zeoliti. I MOFs sono stati inizialmente sintetizzati con metodi di tipo idrotermico, dove i cristalli si accrescono lentamente in una soluzione mantenuta ad alta temperatura. In seguito i MOFs sono stati ottenuti anche con altri metodi sintetici, utilizzando ad esempio microonde, ultrasuoni, o metodi elettrochimici. La struttura così ottenuta può essere ulteriormente modificata anche in seguito (modificazioni postsintetiche).^[4]

La Tabella 1 esemplifica alcuni leganti organici impiegati nella sintesi dei MOFs. I leganti più comuni appartengono alla classe dei carbossilati, ma sono stati usati anche azoli e fosfonati.

Tabella 1. Alcuni leganti usati nella sintesi dei MOFs
Nome comune	Nome IUPAC	Formula chimica
Acido ossalico	acido etandioico	HOOC-COOH
Acido succinico	acido 1,4-butandioico	HOOC-(CH₂)₂-COOH
Acido tereftalico	acido 1,4-benzendicarbossilico	C₆H₄(COOH)₂
Acido trimesico	acido 1,3,5-benzentricarbossilico	C₉H₆O₆
1,2,3-triazolo	1H-1,2,3-triazolo	C₂H₃N₃

Bibliografia

(EN) S. R. Batten, N. R. Champness, X.-M. Chen, J. Garcia-Martinez e et al., Terminology of metal–organic frameworks and coordination polymers (IUPAC Recommendations 2013), in Pure and Applied Chemistry, vol. 85, n. 8, 2013, pp. 1715-1724, DOI:10.1351/PAC-REC-12-11-20.
(EN) S. S.-Y. Chui, S. M.-F. Lo, J. P. H. Charmant, A. G. Orpen e I. D. Williams, A Chemically Functionalizable Nanoporous Material [Cu₃(TMA)₂(H₂O)₃]_n, in Science, vol. 283, n. 5405, 1999, pp. 1148-1150, DOI:10.1126/science.283.5405.1148.
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(EN) R. F. Service, Framework materials grab CO and researches' attention, in Science, vol. 319, n. 5865, 2008, p. 893, DOI:10.1126/science.319.5865.893.
Treccani, reticolo metallorganico, su Lessico del XXI Secolo, Treccani, 2013. URL consultato il 10 febbraio 2018.
(EN) H.-C. Zhou, J. R. Long e O. M. Yaghi, Introduction to Metal–Organic Frameworks, in Chem. Rev., vol. 112, n. 2, 2012, pp. 673-674, DOI:10.1021/cr300014x.