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Estructura orgánica covalente

Los marcos orgánicos covalentes ( COF ) son una clase de polímeros porosos que forman estructuras bidimensionales o tridimensionales a través de reacciones entre precursores orgánicos que resultan en enlaces covalentes fuertes para proporcionar materiales porosos, estables y cristalinos. Los COF surgieron como un campo del dominio general de los materiales orgánicos a medida que los investigadores optimizaron tanto el control sintético como la selección de precursores. [1] Estas mejoras en la química de coordinación permitieron que los materiales orgánicos no porosos y amorfos, como los polímeros orgánicos , avanzaran hacia la construcción de materiales porosos y cristalinos con estructuras rígidas que otorgaron una estabilidad material excepcional en una amplia gama de solventes y condiciones. [1] [2] A través del desarrollo de la química reticular, se logró un control sintético preciso y dio como resultado estructuras nanoporosas ordenadas con una orientación estructural altamente preferencial y propiedades que podrían mejorarse y amplificarse sinérgicamente. [3] Con una selección juiciosa de unidades de construcción secundarias (SBU) de COF, o precursores, la estructura final podría predeterminarse y modificarse con un control excepcional que permitiera el ajuste fino de las propiedades emergentes. [4] Este nivel de control facilita que el material COF sea diseñado, sintetizado y utilizado en diversas aplicaciones, muchas veces con métricas a escala o superiores a las de los enfoques de vanguardia actuales.

Historia

Mientras estaban en la Universidad de Michigan, Omar M. Yaghi (actualmente en UCBerkeley ) y Adrien P Cote publicaron el primer artículo sobre COF en 2005, informando sobre una serie de COF 2D. [5] Informaron del diseño y la síntesis exitosa de COF mediante reacciones de condensación de ácido fenil diborónico (C 6 H 4 [B(OH) 2 ] 2 ) y hexahidroxitrifenileno (C 18 H 6 (OH) 6 ). Los estudios de difracción de rayos X en polvo de los productos altamente cristalinos que tienen fórmulas empíricas (C 3 H 2 BO) 6 · (C 9 H 12 ) 1 (COF-1) y C 9 H 4 BO 2 (COF-5) revelaron capas grafíticas porosas expandidas bidimensionales que tienen conformación escalonada (COF-1) o conformación eclipsada (COF-5). Sus estructuras cristalinas están completamente unidas por fuertes enlaces entre átomos de B, C y O para formar arquitecturas porosas rígidas con tamaños de poro que varían de 7 a 27 Angstroms . COF-1 y COF-5 exhiben alta estabilidad térmica (a temperaturas de hasta 500 a 600 °C), porosidad permanente y áreas superficiales altas (711 y 1590 metros cuadrados por gramo, respectivamente). [5]

La síntesis de COF 3D se ha visto obstaculizada por desafíos prácticos y conceptuales de larga data hasta que Omar M. Yaghi y sus colegas la lograron por primera vez en 2007, lo que recibió el Premio Newcomb Cleveland . [6] El equipo de investigación sintetizó y diseñó el primer COF 3D de la historia; COF-103 y COF-108, lo que ayudó a dar rienda suelta a este nuevo campo. A diferencia de los sistemas 0D y 1D, que son solubles, la insolubilidad de las estructuras 2D y 3D impide el uso de la síntesis por pasos, lo que hace que su aislamiento en forma cristalina sea muy difícil. Sin embargo, este primer desafío se superó eligiendo juiciosamente los bloques de construcción y utilizando reacciones de condensación reversibles para cristalizar los COF.

Estructura

Los sólidos cristalinos porosos están formados por unidades de construcción secundarias (SBU, por sus siglas en inglés) que se ensamblan para formar una estructura periódica y porosa. Se puede formar una cantidad casi infinita de estructuras mediante diversas combinaciones de SBU, lo que genera propiedades materiales únicas para aplicaciones en separaciones, almacenamiento y catálisis heterogénea. [7]

Los tipos de sólidos cristalinos porosos incluyen zeolitas , estructuras metalorgánicas (MOF) y estructuras orgánicas covalentes (COF). Las zeolitas son minerales aluminosilicatados microporosos que se utilizan comúnmente como adsorbentes comerciales. Las MOF son una clase de material polimérico poroso, que consiste en iones metálicos unidos entre sí por ligandos puente orgánicos y son un nuevo desarrollo en la interfaz entre la química de coordinación molecular y la ciencia de los materiales. [8]

Los COF son otra clase de materiales poliméricos porosos, que consisten en enlaces covalentes cristalinos porosos que generalmente tienen estructuras rígidas, estabilidades térmicas excepcionales (hasta temperaturas de 600 °C), son estables en agua y tienen densidades bajas. Presentan una porosidad permanente con áreas superficiales específicas que superan las de las zeolitas y los silicatos porosos conocidos. [5]

Unidades de construcción secundarias

Figura esquemática de la química reticular.

El término "unidad de construcción secundaria" se ha utilizado durante algún tiempo para describir fragmentos conceptuales que pueden compararse con los ladrillos utilizados para construir una casa de zeolitas ; en el contexto de esta página, se refiere a la geometría de las unidades definidas por los puntos de extensión. [9]

Síntesis reticular

La síntesis reticular permite una síntesis ascendente sencilla de los materiales del marco para introducir perturbaciones precisas en la composición química, lo que da como resultado una capacidad de ajuste altamente controlada de las propiedades del marco. [4] [10] [11] A través de un enfoque ascendente , se construye un material a partir de componentes atómicos o moleculares de forma sintética, a diferencia de un enfoque descendente, que forma un material a partir de la masa mediante enfoques como la exfoliación, la litografía u otras variedades de modificación postsintética. [3] [12] El enfoque ascendente es especialmente ventajoso con respecto a materiales como los COF porque los métodos sintéticos están diseñados para dar como resultado directamente un marco extendido y altamente reticulado que se puede ajustar con un control excepcional a nivel nanoescalar. [3] [13] [14] Los principios geométricos y dimensionales gobiernan la topología resultante del marco a medida que las SBU se combinan para formar estructuras predeterminadas. [15] [16] Este nivel de control sintético también se ha denominado " ingeniería molecular ", siguiendo el concepto formulado por Arthur R. von Hippel en 1956. [17]

Control topológico de COF mediante una selección juiciosa de precursores que dan como resultado la direccionalidad de los enlaces en la red resultante final. Adaptado de Marcos orgánicos covalentes bidimensionales y tridimensionales (COF) de Jiang y colaboradores. [15]

Se ha establecido en la literatura que, cuando se integra en un marco isorreticular, como un COF, las propiedades de los compuestos monoméricos se pueden mejorar y amplificar sinérgicamente. [3] Los materiales COF poseen la capacidad única de la síntesis reticular de abajo hacia arriba para proporcionar marcos robustos y ajustables que mejoran sinérgicamente las propiedades de los precursores, lo que, a su vez, ofrece muchas ventajas en términos de rendimiento mejorado en diferentes aplicaciones. Como resultado, el material COF es altamente modular y se ajusta de manera eficiente al variar la identidad, la longitud y la funcionalidad de las SBU según el cambio de propiedad deseado en la escala del marco. [ cita requerida ] Por lo tanto, existe la capacidad de introducir diversas funcionalidades directamente en el andamiaje del marco para permitir una variedad de funciones que serían engorrosas, si no imposibles, de lograr a través de un método de arriba hacia abajo, como los enfoques litográficos o la nanofabricación basada en productos químicos. A través de la síntesis reticular, es posible diseñar molecularmente materiales de estructura modular con estructuras altamente porosas que exhiben propiedades electrónicas, ópticas y magnéticas únicas mientras que simultáneamente integran la funcionalidad deseada en el esqueleto del COF.

La síntesis reticular es diferente de la retrosíntesis de compuestos orgánicos, porque la integridad estructural y la rigidez de los bloques de construcción en la síntesis reticular permanecen inalteradas durante todo el proceso de construcción, un aspecto importante que podría ayudar a aprovechar al máximo los beneficios del diseño en estructuras cristalinas de estado sólido. De manera similar, la síntesis reticular debe distinguirse del ensamblaje supramolecular, porque en la primera, los bloques de construcción están unidos por enlaces fuertes en todo el cristal . [9]

Química sintética

Reacciones reversibles para la formación de COF con boro para formar una variedad de enlaces (boronato, boroxina y borazina).

En 2005, Yaghi y colaboradores utilizaron la síntesis reticular para construir los dos primeros COF descritos en la literatura: COF-1, mediante una reacción de deshidratación del ácido bencenodiborónico (BDBA), y COF-5, mediante una reacción de condensación entre hexahidroxitrifenileno (HHTP) y BDBA. [18] Estos andamios estructurales se interconectaron mediante la formación de enlaces boroxina y boronato, respectivamente, utilizando métodos sintéticos solvotermales. [18]

Vínculos del COF

Desde el trabajo seminal de Yaghi y colaboradores en 2005, la síntesis de COF se ha expandido para incluir una amplia gama de conectividad orgánica, como enlaces que contienen boro, nitrógeno y otros átomos. [2] [19] [20] [21] Los enlaces en las figuras que se muestran no son exhaustivos, ya que existen otros enlaces de COF en la literatura, especialmente para la formación de COF 3D.

Estructura esquelética de COF-1 formada por anillos de fenilo unidos por anillos de boroxina , sintetizados mediante una reacción de condensación del ácido fenildiborónico.

Condensación de boro

La vía de síntesis de COF más popular es una reacción de condensación de boro, que es una reacción de deshidratación molecular entre ácidos borónicos. En el caso de COF-1, tres moléculas de ácido borónico convergen para formar un anillo B 3 O 3 ( boroxina ) plano de seis miembros con la eliminación de tres moléculas de agua. [5]

Reacciones reversibles para la formación de COF que involucran nitrógeno para formar una variedad de enlaces (imina, hidrazona, azina, escuaraína, fenazina, imida, triazina).

Trimerización basada en triazina

Formación del COF CTF-1 con enlaces de triazina.

Otra clase de estructuras poliméricas de alto rendimiento con porosidad regular y gran área superficial se basa en materiales de triazina que se pueden lograr mediante una reacción de trimerización dinámica de nitrilos aromáticos simples, baratos y abundantes en condiciones ionotérmicas (cloruro de zinc fundido a alta temperatura (400 °C)). CTF-1 es un buen ejemplo de esta química. [22]

Condensación de imina

Una representación estructural del COF TpOMe-DAQ
Reacciones reversibles para la formación de COF que presentan una variedad de átomos para formar diferentes enlaces (una etapa doble que conecta enlaces éster de boronato e imina, alqueno, silicato, nitroso).

La reacción de condensación de imina que elimina agua (ejemplificada por la reacción de anilina con benzaldehído utilizando un catalizador ácido) se puede utilizar como una ruta sintética para alcanzar una nueva clase de COF. El COF 3D llamado COF-300 [23] y el COF 2D llamado TpOMe-DAQ [24] son ​​buenos ejemplos de esta química. Cuando se utiliza 1,3,5-triformilfloroglucinol (TFP) como una de las SBU, ocurren dos tautomerizaciones complementarias (un enol a ceto y una imina a enamina) que dan como resultado una fracción β-cetoenamina [25] como se muestra en el marco DAAQ-TFP [26] . Tanto los COF DAAQ-TFP como los TpOMe-DAQ son estables en condiciones acuosas ácidas y contienen el enlazador activo redox 2,6-diaminoantroquinona que permite que estos materiales almacenen y liberen electrones de manera reversible dentro de una ventana de potencial característica. [24] [26] En consecuencia, ambos COF se han investigado como materiales de electrodos para su posible uso en supercondensadores. [24] [26]

Una representación estructural del COF DAAQ-TFP

Síntesis solvotermal

El enfoque solvotérmico es el más utilizado en la literatura, pero normalmente requiere tiempos de reacción largos debido a la insolubilidad de las SBU orgánicas en medios no orgánicos y al tiempo necesario para alcanzar productos COF termodinámicos. [27]

Síntesis basada en plantillas

El control morfológico en la nanoescala aún es limitado, ya que los COF carecen de control sintético en dimensiones superiores debido a la falta de química dinámica durante la síntesis. Hasta la fecha, los investigadores han intentado establecer un mejor control a través de diferentes métodos sintéticos, como la síntesis solvotérmica, la síntesis asistida por interfaz, la formación de plantillas sólidas y el crecimiento sembrado. [ cita requerida ] [28] [29] Primero, uno de los precursores se deposita sobre el soporte sólido seguido de la introducción del segundo precursor en forma de vapor. Esto da como resultado la deposición del COF como una película delgada sobre el soporte sólido. [30]

Propiedades

Porosidad

Una ventaja definitoria de los COF es la porosidad excepcional que resulta de la sustitución de SBU análogos de diferentes tamaños. Los tamaños de poro varían de 7 a 23 Å y presentan una amplia gama de formas y dimensionalidades que permanecen estables durante la evacuación del solvente. [14] El andamiaje rígido de la estructura de COF permite que el material sea evacuado del solvente y conserve su estructura, lo que da como resultado áreas superficiales altas como se ve en el análisis de Brunauer-Emmett-Teller . [31] Esta alta relación área superficial a volumen y la increíble estabilidad permiten que la estructura de COF sirva como material excepcional para el almacenamiento y la separación de gases.

Cristalinidad

Hasta la fecha se han sintetizado varios monocristales de COF. [32] Se emplean diversas técnicas para mejorar la cristalinidad de los COF. El uso de moduladores, versiones monofuncionales de los precursores, sirve para ralentizar la formación de COF y permitir un equilibrio más favorable entre el control cinético y termodinámico, lo que permite el crecimiento cristalino. Esto fue empleado por Yaghi y colaboradores para los COF basados ​​en iminas 3D (COF-300, COF 303, LZU-79 y LZU-111). [32] Sin embargo, la gran mayoría de los COF no pueden cristalizar en monocristales, sino que son polvos insolubles. La mejora de la cristalinidad de estos materiales policristalinos se puede mejorar mediante el ajuste de la reversibilidad de la formación de enlaces para permitir el crecimiento correctivo de partículas y la autocuración de los defectos que surgen durante la formación de COF. [33]

Conductividad

En un material COF 2D completamente conjugado, como los sintetizados a partir de metaloftalocianinas y enlaces orgánicos altamente conjugados, el transporte de carga aumenta tanto en el plano como a través de las pilas, lo que da como resultado una mayor conductividad.

La integración de las SBU en un marco covalente da como resultado la aparición sinérgica de conductividades mucho mayores que los valores monoméricos. La naturaleza de las SBU puede mejorar la conductividad. Mediante el uso de enlaces altamente conjugados en todo el andamiaje de COF, el material puede diseñarse para que esté completamente conjugado, lo que permite una alta densidad de portadores de carga, así como un transporte de carga a través del plano y en el plano. Por ejemplo, Mirica y colaboradores sintetizaron un material COF (NiPc-Pyr COF) a partir de ftalocianina de níquel (NiPc) y enlaces orgánicos de pireno que tenían una conductividad de 2,51 x 10 −3 S/m, que era varios órdenes de magnitud mayor que el NiPc molecular sin dopar, 10 −11 S/m. [34] Una estructura de COF similar hecha por Jiang y colaboradores, CoPc-Pyr COF, exhibió una conductividad de 3,69 x 10 −3 S/m. [35] En ambos COF mencionados anteriormente, la red 2D permite una conjugación π completa en las direcciones x e y, así como una conducción π a lo largo del eje z debido al andamio aromático completamente conjugado y al apilamiento π-π , respectivamente. [34] [35] La conductividad eléctrica emergente en las estructuras COF es especialmente importante para aplicaciones como la catálisis y el almacenamiento de energía, donde se requiere un transporte de carga rápido y eficiente para un rendimiento óptimo.

Caracterización

Existe una amplia gama de métodos de caracterización para materiales COF. Hasta la fecha se han sintetizado varios monocristales de COF. Para estos materiales altamente cristalinos, la difracción de rayos X (DRX) es una herramienta poderosa capaz de determinar la estructura cristalina de COF. [36] La mayoría de los materiales COF sufren una disminución de la cristalinidad, por lo que se utiliza la difracción de rayos X en polvo (DRXP). Junto con modelos de empaquetamiento de polvo simulado, la DRXP puede determinar la estructura cristalina de COF . [ cita requerida ]

Para verificar y analizar la formación de enlaces COF, se pueden emplear varias técnicas, como la espectroscopia infrarroja (IR) y la espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN). [36] Los espectros IR de precursores y COF permiten la comparación entre picos vibracionales para determinar que aparecen ciertos enlaces clave presentes en los enlaces COF y que desaparecen los picos de los grupos funcionales precursores. Además, la RMN de estado sólido también permite sondear la formación de enlaces y es muy adecuada para materiales grandes e insolubles como los COF. Los estudios de adsorción-desorción de gas cuantifican la porosidad del material mediante el cálculo del área superficial de Brunauer-Emmett-Teller (BET) y el diámetro de poro a partir de isotermas de adsorción de gas. [36] Las técnicas de imagen electrónica, como el microscopio electrónico de barrido (SEM) y la microscopía electrónica de transmisión (TEM), pueden resolver la estructura y morfología de la superficie y la información microestructural, respectivamente. [36] El microscopio de efecto túnel de barrido (STM) y la microscopía de fuerza atómica (AFM) también se han utilizado para caracterizar la información microestructural del COF. [36] Además, se pueden utilizar métodos como la espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS), la espectrometría de masas de plasma acoplado inductivamente (ICP-MS) y el análisis de combustión para identificar la composición y las proporciones elementales. [36]

Aplicaciones

Almacenamiento y separación de gas

Debido a la excepcional porosidad de los COF, se han utilizado ampliamente en el almacenamiento y separación de gases como hidrógeno, metano, etc.

Almacenamiento de hidrógeno

Omar M. Yaghi y William A. Goddard III informaron que los COF son materiales excepcionales para el almacenamiento de hidrógeno. Predijeron que las mayores absorciones de exceso de H2 a 77 K son 10,0 % en peso a 80 bar para COF-105 y 10,0 % en peso a 100 bar para COF-108, que tienen mayor área de superficie y volumen libre, mediante simulaciones de Monte Carlo canónico (GCMC) en función de la temperatura y la presión. Este es el valor más alto informado para el almacenamiento asociativo de H2 de cualquier material. Por lo tanto, los COF 3D son los nuevos candidatos más prometedores en la búsqueda de materiales prácticos para el almacenamiento de H2. [ 37] En 2012, el laboratorio de William A. Goddard III informó la absorción de COF102, COF103 y COF202 a 298 K y también propusieron nuevas estrategias para obtener una mayor interacción con H2 . Dicha estrategia consiste en metalar el COF con metales alcalinos como Li. [38] Estos complejos compuestos de Li, Na y K con ligandos de benceno (como el 1,3,5-bencenotribenzoato, el ligando utilizado en MOF-177) han sido sintetizados por Krieck et al. [39] y Goddard demostró que el THF es importante para su estabilidad. Si la metalación con harinas alcalinas se realiza en los COF, Goddard et al. calcularon que algunos COF pueden alcanzar el objetivo gravimétrico de 2010 DOE en unidades de entrega a 298 K de 4,5 % en peso: COF102-Li (5,16 % en peso), COF103-Li (4,75 % en peso), COF102-Na (4,75 % en peso) y COF103-Na (4,72 % en peso). Los COF también tienen un mejor rendimiento en unidades de suministro que los MOF porque el mejor rendimiento volumétrico es para COF102-Na (24,9), COF102-Li (23,8), COF103-Na (22,8) y COF103-Li (21,7), todos utilizando unidades de suministro de g H 2 /L para 1–100 bar. Estas son las mayores captaciones de hidrógeno molecular gravimétricas para un material poroso en estas condiciones termodinámicas.

Almacenamiento de metano

Omar M. Yaghi y William A. Goddard III también informaron que los COF son materiales excepcionales para el almacenamiento de metano. El mejor COF en términos de volumen total de CH4 por unidad de volumen de adsorbente de COF es el COF-1, que puede almacenar 195 v/v a 298 K y 30 bar, superando el objetivo del Departamento de Energía de los EE. UU. para el almacenamiento de CH4 de 180 v/v a 298 K y 35 bar. Los mejores COF en función de la cantidad de suministro (volumen adsorbido de 5 a 100 bar) son el COF-102 y el COF-103 con valores de 230 y 234 v(STP: 298 K, 1,01 bar)/v, respectivamente, lo que los convierte en materiales prometedores para el almacenamiento práctico de metano. Más recientemente, se han diseñado nuevos COF con una mejor cantidad de suministro en el laboratorio de William A. Goddard III, y se ha demostrado que son estables y superan el objetivo del DOE en función de la cantidad de suministro. Se ha descubierto que el COF-103-Eth-trans y el COF-102-Ant superan el objetivo del DOE de 180 v(STP)/v a 35 bar para el almacenamiento de metano. Informaron que el uso de grupos puente de vinilo delgados mejora el rendimiento al minimizar la interacción metano-COF a baja presión.

Separación de gases

Además del almacenamiento, los materiales COF son excepcionales en la separación de gases. Por ejemplo, los COF como el COF LZU1 ligado a imina y el COF ACOF-1 ligado a azina se utilizaron como membrana bicapa para la separación selectiva de las siguientes mezclas: H 2 /CO 2 , H 2 /N 2 y H 2 /CH 4 . [40] Los COF superaron a los tamices moleculares debido a la estabilidad térmica y operativa inherente de las estructuras. [40] También se ha demostrado que los COF actúan inherentemente como adsorbentes, adhiriéndose a las moléculas gaseosas para permitir el almacenamiento y la separación. [41]

Propiedades ópticas

Un TP-COF de conjugación π altamente ordenado, que consta de funcionalidades de pireno y trifenileno unidas alternativamente en un esqueleto hexagonal mesoporoso, es altamente luminiscente , capta una amplia gama de longitudes de onda de fotones y permite la transferencia y migración de energía. Además, el TP-COF es eléctricamente conductor y capaz de conmutar de forma repetitiva la corriente de encendido y apagado a temperatura ambiente. [42]

Efectos de porosidad/superficie

La mayoría de los estudios realizados hasta la fecha se han centrado en el desarrollo de metodologías sintéticas con el objetivo de maximizar el tamaño de poro y el área superficial para el almacenamiento de gas . Esto significa que las funciones de los COF aún no se han explorado en profundidad, pero los COF se pueden utilizar como catalizadores [43] o para la separación de gases , etc. [5 ]

Captura de carbono

En 2015 se informó sobre el uso de COF altamente porosos decorados con catalizador para convertir dióxido de carbono en monóxido de carbono . [44] Los MOF en condiciones libres de solventes también se pueden utilizar para la actividad catalítica en la cicloadición de CO2 y epóxidos en carbonatos orgánicos cíclicos con una reciclabilidad mejorada del catalizador. [45]

Detección

Debido a la definición de interacciones entre moléculas y estructuras, los COF se pueden utilizar como sensores químicos en una amplia gama de entornos y aplicaciones. Las propiedades de los COF cambian cuando sus funcionalidades interactúan con diversos analitos, lo que permite que los materiales sirvan como dispositivos en diversas condiciones: como sensores quimiorresistivos [34] , así como sensores electroquímicos para moléculas pequeñas [46] .

Catálisis

Debido a la capacidad de introducir diversas funcionalidades en la estructura de los COF, los sitios catalíticos se pueden ajustar junto con otras propiedades ventajosas como la conductividad y la estabilidad para proporcionar catalizadores eficientes y selectivos. Los COF se han utilizado como catalizadores heterogéneos en reacciones orgánicas, [47] electroquímicas, [35] [48] y fotoquímicas. [27]

Electrocatálisis

Los COF se han estudiado como electrocatalizadores no metálicos para la catálisis relacionada con la energía, incluida la electrorreducción de dióxido de carbono y la reacción de división del agua . [49] Sin embargo, estas investigaciones aún se encuentran en una etapa muy temprana. La mayoría de los esfuerzos se han centrado en resolver problemas clave, como la conductividad, [50] la estabilidad en los procesos electroquímicos. [51]

Almacenamiento de energía

Algunos COF poseen la estabilidad y conductividad necesarias para funcionar bien en aplicaciones de almacenamiento de energía como baterías de iones de litio , [52] [53] y varias baterías y cátodos de iones de metal diferentes . [54] [55]

Filtración de agua

Se utilizó un prototipo de capa de COF de 2 nanómetros de espesor sobre un sustrato de grafeno para filtrar el tinte de las aguas residuales industriales. Una vez llena, la capa de COF se puede limpiar y reutilizar. [56]

Entrega de medicamentos farmacéuticos

Se creó un COF 3D, caracterizado por un andamio mesoporoso interconectado que mostró una carga y liberación efectiva del fármaco en un entorno de fluido corporal simulado, lo que lo hace útil como nanotransportador para fármacos farmacéuticos. [57]

Véase también

Referencias

  1. ^ ab Ding, San-Yuan; Wang, Wei (2013). "Marcos orgánicos covalentes (COF): del diseño a las aplicaciones". Chem. Soc. Rev. 42 ( 2): 548–568. doi :10.1039/C2CS35072F. ISSN  0306-0012. PMID  23060270.
  2. ^ ab Huang, Ning; Wang, Ping; Jiang, Donglin (20 de septiembre de 2016). "Marcos orgánicos covalentes: una plataforma de materiales para diseños estructurales y funcionales". Nature Reviews Materials . 1 (10): 16068. Bibcode :2016NatRM...116068H. doi :10.1038/natrevmats.2016.68. ISSN  2058-8437. S2CID  138892338.
  3. ^ abcd Aykanat, Aylin; Meng, Zheng; Benedetto, Georganna; Mirica, Katherine A. (14 de julio de 2020). "Ingeniería molecular de materiales estructurales multifuncionales que contienen metaloftalocianina". Química de Materiales . 32 (13): 5372–5409. doi : 10.1021/acs.chemmater.9b05289. ISSN  0897-4756. S2CID  225664378.
  4. ^ ab Feng, Xiao; Ding, Xuesong; Jiang, Donglin (2012). "Marcos orgánicos covalentes". Chemical Society Reviews . 41 (18): 6010–22. doi :10.1039/c2cs35157a. ISSN  0306-0012. PMID  22821129.
  5. ^ abcde Côté, AP; Benin, AI; Ockwig, NW; O'Keeffe, M.; Matzger, AJ; Yaghi, OM; Estructuras orgánicas porosas, cristalinas y covalentes. Science . 2005 , 310 , págs 1166-1170. doi :10.1126/science.1120411
  6. ^ El-Kaderi, HM; Cazar, JR; Mendoza-Cortés, JL; Costa, AP; Taylor, RE; O'Keeffe, M.; Yaghi, OM (2007). "Síntesis diseñada de marcos orgánicos covalentes 3D". Ciencia . 316 (5822): 268–272. Código Bib : 2007 Ciencia... 316.. 268E. doi : 10.1126/ciencia.1139915. PMID  17431178. S2CID  19555677.
  7. ^ Kitagawa, S.; Kitaura, R.; Noro, S.; Polímeros de coordinación porosos funcionales. Angew. Chem. Int. Ed. 2004 , 43 , págs. 2334-2375. doi :10.1002/anie.200300610
  8. ^ James, SL; Estructuras metalorgánicas. Chem. Soc. Rev. 2003 , 32 , págs. 276-288. doi :10.1039/B200393G
  9. ^ ab Yaghi, OM; O'Keeffe, M.; Ockwig, NW; Chae, HK; Eddaoudi, M.; Kim, J.; Síntesis reticular y diseño de nuevos materiales. Nature . 2003 , 423 , págs. 705-714. doi :10.1038/nature01650
  10. ^ Yaghi, Omar M. (7 de diciembre de 2016). "Química reticular: construcción, propiedades y reacciones de precisión de estructuras". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 138 (48): 15507–15509. doi : 10.1021/jacs.6b11821 . ISSN  0002-7863. PMID  27934016.
  11. ^ Yaghi, Omar M.; O'Keeffe, Michael; Ockwig, Nathan W.; Chae, Hee K.; Eddaoudi, Mohamed; Kim, Jaheon (12 de junio de 2003). "Síntesis reticular y diseño de nuevos materiales". Nature . 423 (6941): 705–714. doi :10.1038/nature01650. hdl : 2027.42/62718 . ISSN  0028-0836. PMID  12802325. S2CID  4300639.
  12. ^ Yu, Hai-Dong; Regulacio, Michelle D.; Ye, Enyi; Han, Ming-Yong (2013). "Rutas químicas para la nanofabricación de arriba hacia abajo". Chemical Society Reviews . 42 (14): 6006–18. doi :10.1039/c3cs60113g. ISSN  0306-0012. PMID  23653019.
  13. ^ Teo, Boon K.; Sun, XH (5 de diciembre de 2006). "De arriba hacia abajo y de abajo hacia arriba hasta las nanotecnologías híbridas: camino hacia los nanodispositivos". Journal of Cluster Science . 17 (4): 529–540. doi :10.1007/s10876-006-0086-5. ISSN  1040-7278. S2CID  98710293.
  14. ^ ab Feng, Liang; Wang, Kun-Yu; Lv, Xiu-Liang; Yan, Tian-Hao; Li, Jian-Rong; Zhou, Hong-Cai (12 de febrero de 2020). "Síntesis total modular en química reticular". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 142 (6): 3069–3076. doi :10.1021/jacs.9b12408. ISSN  0002-7863. PMID  31971790. S2CID  210882977.
  15. ^ ab Chen, Q.; Dalapati, S.; Jiang, D. (2017), "Marcos orgánicos covalentes (COF) bidimensionales y tridimensionales", Química supramolecular integral II , Elsevier, págs. 271–290, doi :10.1016/b978-0-12-409547-2.12608-3, ISBN 978-0-12-803199-5, consultado el 1 de marzo de 2021
  16. ^ Zhang, Yue-Biao; Li, Qiaowei; Deng, Hexiang (28 de noviembre de 2021). "Química reticular a escala atómica, molecular y estructural". Nano Research . 14 (2): 335–337. Bibcode :2021NaRes..14..335Z. doi : 10.1007/s12274-020-3226-6 . ISSN  1998-0124.
  17. ^ von Hippel, A. (24 de febrero de 1956). "Ingeniería molecular". Science . 123 (3191): 315–317. Bibcode :1956Sci...123..315V. doi :10.1126/science.123.3191.315. ISSN  0036-8075. PMID  17774519.
  18. ^ ab Cote, AP (18 de noviembre de 2005). "Estructuras orgánicas porosas, cristalinas y covalentes". Science . 310 (5751): 1166–1170. Bibcode :2005Sci...310.1166C. doi :10.1126/science.1120411. ISSN  0036-8075. PMID  16293756. S2CID  35798005.
  19. ^ Yusran, Yusran; Li, Hui; Guan, Xinyu; Fang, Qianrong; Qiu, Shilun (junio de 2020). "Marcos orgánicos covalentes para catálisis". EnergyChem . 2 (3): 100035. doi :10.1016/j.enchem.2020.100035. S2CID  219459194.
  20. ^ Jackson, Karl T.; Rabbani, Mohammad G.; Reich, Thomas E.; El-Kaderi, Hani M. (2011). "Síntesis de polímeros altamente porosos unidos a borazina y su aplicación al almacenamiento de H2, CO2 y CH4". Química de polímeros . 2 (12): 2775. doi :10.1039/c1py00374g. ISSN  1759-9954.
  21. ^ Dogru, Mirjam; Bein, Thomas (2014). "En el camino hacia estructuras orgánicas covalentes electroactivas". Chem. Commun . 50 (42): 5531–5546. doi : 10.1039/C3CC46767H . ISSN:  1359-7345. PMID:  24667827.
  22. ^ Kuhn, P.; Antonietti, M.; Thomas, A. ; Estructuras porosas y covalentes basadas en triazina preparadas mediante síntesis ionotérmica. Angew. Chem. Int. Ed. 2008. 47 , págs. 3450-3453. PMID  18330878
  23. ^ Uribe-Romo, FJ; Cazar, JR; Furukawa, H.; Klck, C.; O'Keeffe, M.; Yaghi, OM; Un marco orgánico covalente poroso tridimensional unido a iminas cristalinas. J. Am. Química. Soc . 2009 , 131 , págs. 4570-4571. doi :10.1021/ja8096256
  24. ^ abcHalder , Arjun; Ghosh, Meena; Khayum M, Abdul; Berá, Saibal; Addicoat, Mateo; Sasmal, Himadri Sekhar; Karak, Suvendu; Kurungot, Sreekumar; Banerjee, Rahul (5 de septiembre de 2018). "Estructuras orgánicas covalentes unidas por enlaces de hidrógeno entre capas como supercondensadores de alto rendimiento". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 140 (35): 10941–10945. doi :10.1021/jacs.8b06460. ISSN  0002-7863. PMID  30132332. S2CID  207193051.
  25. ^ Kandambeth, Sharath; Mallick, Arijit; Lukose, Binit; Mane, Manoj V.; Heine, Thomas; Banerjee, Rahul (5 de diciembre de 2012). "Construcción de estructuras orgánicas covalentes bidimensionales cristalinas con notable estabilidad química (ácido/base) mediante una ruta reversible e irreversible combinada". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 134 (48): 19524–19527. doi :10.1021/ja308278w. ISSN  0002-7863. PMID  23153356.
  26. ^ a b C DeBlase, Catherine R.; Silberstein, Katharine E.; Truong, Thanh-Tam; Abruña, Héctor D.; Dichtel, William R. (13 de noviembre de 2013). "Marcos orgánicos covalentes unidos a β-cetoenamina capaces de almacenamiento de energía pseudocapacitivo". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 135 (45): 16821–16824. doi :10.1021/ja409421d. ISSN  0002-7863. PMID  24147596.
  27. ^ ab Sharma, Rakesh Kumar; Yadav, Priya; Yadav, Manavi; Gupta, Radhika; Rana, Pooja; Srivastava, Anju; Zbořil, Radek; Varma, Rajender S.; Antonietti, Markus; Gawande, Manoj B. (2020). "Desarrollo reciente de estructuras orgánicas covalentes (COF): síntesis y aplicaciones catalíticas (electrofotografía orgánica)". Horizontes de Materiales . 7 (2): 411–454. doi :10.1039/C9MH00856J. ISSN  2051-6347. S2CID  204292382.
  28. ^ Allendorf, Mark D.; Dong, Renhao; Feng, Xinliang; Kaskel, Stefan; Matoga, Dariusz; Stavila, Vitalie (26 de agosto de 2020). "Dispositivos electrónicos que utilizan materiales de estructura abierta". Chemical Reviews . 120 (16): 8581–8640. doi :10.1021/acs.chemrev.0c00033. ISSN  0009-2665. PMID  32692163. S2CID  220670221.
  29. ^ Evans, Austin M.; Parent, Lucas R.; Flanders, Nathan C.; Bisbey, Ryan P.; Vitaku, Edon; Kirschner, Matthew S.; Schaller, Richard D.; Chen, Lin X.; Gianneschi, Nathan C.; Dichtel, William R. (6 de julio de 2018). "Crecimiento sembrado de estructuras orgánicas covalentes bidimensionales de monocristales". Science . 361 (6397): 52–57. Bibcode :2018Sci...361...52E. doi : 10.1126/science.aar7883 . ISSN  0036-8075. PMID  29930093.
  30. ^ Chen, T.; Wang, D. (2018), "Síntesis de estructuras orgánicas covalentes 2D en la interfaz sólido-vapor", Encyclopedia of Interfacial Chemistry , Elsevier, págs. 446–452, doi :10.1016/b978-0-12-409547-2.13071-9, ISBN 978-0-12-809894-3, consultado el 1 de marzo de 2021
  31. ^ Ben, Teng; Ren, Hao; Ma, Shengqian; Cao, Dapeng; Lan, Jianhui; Jing, Xiaofei; Wang, Wenchuan; Xu, Jun; Deng, Feng; Simmons, Jason M.; Qiu, Shilun (7 de diciembre de 2009). "Síntesis dirigida de una estructura aromática porosa con alta estabilidad y área superficial excepcionalmente alta". Angewandte Chemie International Edition . 48 (50): 9457–9460. doi :10.1002/anie.200904637. PMID  19921728.
  32. ^ ab Ma, Tianqiong; Kapustin, Eugenio A.; Yin, Shawn X.; Liang, Lin; Zhou, Zhengyang; Niu, Jing; Li, Li-Hua; Wang, Yingying; Su, Jie; Li, Jian; Wang, Xiaoge (6 de julio de 2018). "Estructuras de difracción de rayos X monocristalinas de estructuras orgánicas covalentes". Ciencia . 361 (6397): 48–52. Código Bib : 2018 Ciencia... 361... 48M. doi : 10.1126/science.aat7679 . ISSN  0036-8075. PMID  29976818.
  33. ^ Haase, Frederik; Lotsch, Bettina V. (2020). "Resolución del trilema COF: hacia estructuras orgánicas covalentes cristalinas, estables y funcionales". Chemical Society Reviews . 49 (23): 8469–8500. doi : 10.1039/D0CS01027H . ISSN  0306-0012. PMID  33155009.
  34. ^ abc Meng, Zheng; Stolz, Robert M.; Mirica, Katherine A. (31 de julio de 2019). "Marco orgánico covalente quimiorresistivo bidimensional con alta conductividad intrínseca". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 141 (30): 11929–11937. doi :10.1021/jacs.9b03441. ISSN  0002-7863. PMID  31241936. S2CID  195694903.
  35. ^ abc Huang, Ning; Lee, Ka Hung; Yue, Yan; Xu, Xiaoyi; Irle, Stefan; Jiang, Qiuhong; Jiang, Donglin (14 de septiembre de 2020). "Un marco de metaloftalocianina estable y conductor para la reducción electrocatalítica de dióxido de carbono en agua". Angewandte Chemie International Edition . 59 (38): 16587–16593. doi :10.1002/anie.202005274. ISSN  1433-7851. PMID  32436331. S2CID  218765357.
  36. ^ abcdef Guo, Hao; Zhang, Longwen; Xue, Rui; Ma, Baolong; Yang, Wu (26 de marzo de 2019). "Ojos de estructuras orgánicas covalentes: cooperación entre la química analítica y los COF". Reseñas en Química Analítica . 38 (1). doi : 10.1515/revac-2017-0023 . ISSN  2191-0189.
  37. ^ Han, S.; Hurukawa, H.; Yaghi, OM; Goddard, WA; Estructuras orgánicas covalentes como materiales excepcionales para el almacenamiento de hidrógeno. J. Am. Química. Soc. 2008 , 130 , págs. 11580-11581. doi :10.1021/ja803247y
  38. ^ Mendoza-Cortés, José L.; Han, Sang Soo; Goddard, William A. (16 de febrero de 2012). "Alta captación de H 2 en estructuras orgánicas covalentes metalizadas de litio, sodio y potasio y estructuras orgánicas metálicas a 298 K". The Journal of Physical Chemistry A . 116 (6): 1621–1631. Bibcode :2012JPCA..116.1621M. doi :10.1021/jp206981d. ISSN  1089-5639. PMID  22188543.
  39. ^ Krieck, S.; Gorls, H.; Westerhausen, M., Monoaniones de 1,3,5-trifenilbenceno estabilizados con metales alcalinos: síntesis y caracterización de los complejos de litio, sodio y potasio. Organometallics . 2010 , 29 , págs 6790–6800. doi :10.1021/om1009632
  40. ^ ab Fan, Hongwei; Mundstock, Alexander; Feldhoff, Armin; Knebel, Alexander; Gu, Jiahui; Meng, Hong; Caro, Jürgen (15 de agosto de 2018). "Membranas bicapa de estructura orgánica covalente-estructura orgánica covalente para la separación de gases altamente selectiva". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 140 (32): 10094–10098. doi :10.1021/jacs.8b05136. ISSN  0002-7863. PMID  30021065. S2CID  51696424.
  41. ^ Fenton, Julie L.; Burke, David W.; Qian, Dingwen; Olvera de la Cruz, Monica; Dichtel, William R. (27 de enero de 2021). "Las películas de estructura orgánica covalente policristalina actúan como adsorbentes, no como membranas". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 143 (3): 1466–1473. doi :10.1021/jacs.0c11159. ISSN  0002-7863. PMID  33438399. S2CID  231596406.
  42. ^ Shun, W.; Jia, G.; Jangbae, K.; Hyotcherl, I.; Donglin, J.; Un marco orgánico covalente semiconductor, luminiscente y azul con forma de cinturón. Angew. Chem. Int. Ed. 2008 , 47 , págs. 8826-8830. doi :10.1002/anie.200890235
  43. ^ Marco, B.; Cortizo-Lacalle, D.; Perez-Miqueo, C.; Valenti, G.; Boni, A.; Plas, J.; Strutynski, K.; De Feyter, S.; Paolucci, F.; Montes, M.; Khlobystov, K.; Melle-Franco, M.; Mateo-Alonso, A. (2017). "Estructuras aromáticas retorcidas: polímeros microporosos conjugados bidimensionales fácilmente exfoliables y procesables en solución". Angew. Chem. Int. Ed . 56 (24): 6946–6951. doi :10.1002/anie.201700271. PMC 5485174. PMID  28318084 . 
  44. ^ Martin, Richard (24 de septiembre de 2015). "Nueva tecnología para capturar y convertir dióxido de carbono | MIT Technology Review" . Consultado el 27 de septiembre de 2015 .
  45. ^ Hussain, MD. Waseem; Bhardwaj, Vipin; GIRI, ARKAPRABHA; Chande, Ajit; Patra, Abhijit (2019-11-27). "Estructuras porosas iónicas funcionales basadas en triaminoguanidinio para la conversión de CO2 y la lucha contra los microbios". doi :10.26434/chemrxiv.10332431 . Consultado el 22 de junio de 2022 . {{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda )
  46. ^ Liang, Huihui; Xu, Mengli; Zhu, Yongmei; Wang, Linyu; Xie, Yi; Song, Yonghai; Wang, Li (24 de enero de 2020). "Sensores electroquímicos radiométricos de H2O2 basados ​​en nanoesferas derivadas de estructuras orgánicas covalentes modificadas por ferrocencia". ACS Applied Nano Materials . 3 (1): 555–562. doi : 10.1021/acsanm.9b02117 . ISSN  2574-0970. S2CID  214062588.
  47. ^ Hu, Hui; Yan, Qianqian; Ge, Rile; Gao, Yanan (julio de 2018). "Marcos orgánicos covalentes como catalizadores heterogéneos". Revista china de catálisis . 39 (7): 1167–1179. doi :10.1016/S1872-2067(18)63057-8. S2CID  102933312.
  48. ^ Guo, Jia; Jiang, Donglin (24 de junio de 2020). "Marcos orgánicos covalentes para catálisis heterogénea: principio, estado actual y desafíos". ACS Central Science . 6 (6): 869–879. doi :10.1021/acscentsci.0c00463. ISSN  2374-7943. PMC 7318070 . PMID  32607434. 
  49. ^ Zheng, Weiran; Tsang, Chui-Shan; Lee, Lawrence Yoon Suk; Wong, Kwok-Yin (junio de 2019). "Marco metalorgánico bidimensional y marco covalente-orgánico: síntesis y sus aplicaciones relacionadas con la energía". Materials Today Chemistry . 12 : 34–60. doi :10.1016/j.mtchem.2018.12.002. hdl : 10397/101525 . S2CID  139305086.
  50. ^ Yang, Hui; Zhang, Shengliang; Han, Liheng; Zhang, Zhou; Xue, Zheng; Gao, Juan; Li, Yongjun; Huang, Changshui; Yi, Yuanping; Liu, Huibiao; Li, Yuliang (16 de febrero de 2016). "Estructura orgánica covalente bidimensional de alta conductividad para almacenamiento de litio con gran capacidad". Interfaces y materiales aplicados de ACS . 8 (8): 5366–5375. doi :10.1021/acsami.5b12370. PMID  26840757.
  51. ^ Diercks, Christian S.; Lin, Song; Kornienko, Nikolay; Kapustin, Eugene A.; Nichols, Eva M.; Zhu, Chenhui; Zhao, Yingbo; Chang, Christopher J.; Yaghi, Omar M. (16 de enero de 2018). "Ajuste electrónico reticular de sitios activos de porfirina en estructuras orgánicas covalentes para la reducción electrocatalítica de dióxido de carbono" (PDF) . Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 140 (3): 1116–1122. doi :10.1021/jacs.7b11940. PMID  29284263. S2CID  207188096.
  52. ^ Li, Xing; Wang, Hui; Chen, Zhongxin; Xu, Hai-Sen; Yu, Wei; Liu, Cuibo; Wang, Xiaowei; Zhang, Kun; Xie, Keyu; Loh, Kian Ping (14 de octubre de 2019). "Baterías de Li-CO 2 de estructura orgánica covalente". Materiales Avanzados . 31 (48): 1905879. Código bibliográfico : 2019AdM....3105879L. doi :10.1002/adma.201905879. ISSN  0935-9648. PMID  31609043. S2CID  204545588.
  53. ^ Luo, Zhiqiang; Liu, Luojia; Ning, Jiaxin; Lei, Kaixiang; Lu, Yong; Li, Fujun; Chen, junio (20 de julio de 2018). "Una estructura microporosa covalente-orgánica con abundantes grupos carbonilo accesibles para baterías de iones de litio". Edición internacional Angewandte Chemie . 57 (30): 9443–9446. doi :10.1002/anie.201805540. PMID  29863784. S2CID  205407552.
  54. ^ Miner, Elise M.; Dincă, Mircea (15 de julio de 2019). "Estructuras orgánicas metálicas y covalentes como electrolitos de estado sólido para baterías de iones de metal". Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences . 377 (2149): 20180225. Bibcode :2019RSPTA.37780225M. doi :10.1098/rsta.2018.0225. ISSN  1364-503X. PMC 6562342 . PMID  31130094. 
  55. ^ Vitaku, Edón; Gannett, Cara N.; Carpintero, Keith L.; Shen, Luxi; Abruña, Héctor D.; Dichtel, William R. (8 de enero de 2020). "Materiales catódicos de estructura orgánica covalente a base de fenazina con alta energía y densidades de potencia". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 142 (1): 16-20. doi : 10.1021/jacs.9b08147. ISSN  0002-7863. PMID  31820958. S2CID  209317683.
  56. ^ Irving, Michael (5 de agosto de 2022). «Las nanoesponjas sobre grafeno son filtros eficientes para aguas residuales industriales». New Atlas . Consultado el 6 de agosto de 2022 .
  57. ^ Zhao, Yu; Das, Saikat; Sekine, Taishu; Mabuchi, Haruna; Irie, Tsukase; Sakai, Jin; Wen, Dan; Zhu, Weidong; Ben, Teng; Negishi, Yuichi (23 de enero de 2023). "Registre el marco orgánico covalente tridimensional de baja densidad y poros ultragrandes para la administración controlada de fármacos". Angewandte Chemie . 62 (13): e202300172. doi : 10.1002/anie.202300172 . PMID  36688253.

Enlaces externos

Scholia tiene un perfil de estructura orgánica covalente (Q5178887).