Amino Acid Based MOFs: Synthesis, Structure, Single Crystal to Single Crystal Transformation, Magnetic and Related Studies in a Family of Cobalt and Nickel Aminoisophthales

Four new 5-aminoisophthalates of cobalt and nickel have been prepared employing hydro/solvothermal methods: [Co2(C8H5NO4)2(C4H4N2)(H2O)2]·3H2O (I), [Ni2(C8H5NO4)2(C4H4N2)(H2O)2]·3H2O (II), [Co2(H2O)(μ3-OH)2(C8H5NO4)] (III), and [Ni2(H2O)(μ3-OH)2(C8H5NO4)] (IV). Compounds I and II are isostructural, having anion-deficient CdCl2 related layers bridged by a pyrazine ligand, giving rise to a bilayer arrangement. Compounds III and IV have one-dimensional M−O(H)−M chains connected by the 5-aminoisophthalate units forming a three-dimensional structure. The coordinated as well as the lattice water molecules of I and II could be removed and inserted by simple heating−cooling cycles under the atmospheric conditions. The removal of the coordinated water molecule is accompanied by changes in the coordination environment around the M2+ (M = Co, Ni) and color of the samples (purple to blue, Co; green to dark yellow, Ni). This change has been examined by a variety of techniques that include in situ single crystal to single crystal transformation studies and in situ IR and UV−vis spectroscopic studies. Magnetic studies indicate antiferromagnetic behavior in I and II, a field-induced magnetism in III, and a canted antiferromagnetic behavior in IV.

Non-carboxylate based metal-organic frameworks (MOFs) and related aspects

The metal-organic frameworks, in recent years, show a variety of new developments that includes new methods of preparation, post synthesis modifications and novel class of compounds. Though most of the developments happened in the carboxylate based family of compounds, the other related systems are also equally interesting. In this article,we have highlighted some of the developments that have taken place in the family of non-carboxylate metal-organic frameworks. We have also highlighted some of the recent attempts at modifying the surfaces and pores of the MOFs by careful chemical manipulations. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Usefulness of in Situ Single Crystal to Single Crystal Transformation (SCSC) Studies in Understanding the Temperature-Dependent Dimensionality Cross-over and Structural Reorganization in Copper-Containing Metal-Organic Frameworks (MOFs)

Two copper-containing compounds [Cu(3)(mu(3)-OH)(2)-(H(2)O)(2){(SO(3))-C(6)H(3)-(COO)(2)}(CH(3)COO)] , I, and [Cu(5)(mu(3)-OH)(2)(H(2)O)(6){(NO(2))-C(6)H(3)-(COO)(2)}(4)]center dot 5H(2)O, II, were prepared using sulphoisophthalic and nitroisophthalic acids. The removal of the coordinated water molecules in the compounds was investigated using in situ single crystal to single crystal (SCSC) transformation studies, temperature-dependent powder X-ray diffraction (PXRD), and thermogravimetric analysis (TGA). The efficacy of SCSC transformation studies were established by the observation of dimensionality cross-over from a two-dimensional (I) to a three-dimensional structure, Cu(6)(mu(3)-OH)(4){(SO(3))-C(6)H(3)-(COO)(2)}(2)(CH(3)COO)(2), Ia, during the removal of the coordinated water molecules. Compound H exhibited a structural reorganization forming Cu(5)(mu(2)-OH)(2){(NO(2))C(6)H(3)-(COO)(2))(4)], Ha, possessing trimeric (Cu(3)O(12)) and dimeric (Cu(2)O(8)) copper clusters. The PXRD studies indicate that the three-dimensional structure (Ia) is transient and unstable, reverting back to the more stable two-dimensional structure (I) on cooling to room temperature. Compound Ha appears to be more stable at room temperature. The rehydration/dehydration studies using a modified TGA setup suggest complete rehydration of the water molecules, indicating that the water molecules in both compounds are labile. A possible model for the observed changes in the structures has been proposed. Magnetic studies indicate changes in the exchanges between the copper centers in Ha, whereas no such behavior was observed in Ia.

Aza-heterocyclic ligand assisted assembly of new cobalt MOFs with pcu and graphite related structures

A hydrothermal reaction of a mixture of cobalt salt, 5-nitro isophthalic acid and triazole (compound I), 3-aminotriazole (3-AT) (compound II) and 3,5-diaminotriazole (compound III) at 220 degrees C for a day resulted in the isolation of three different, but related, compounds containing cobalt clusters. The three-dimensional compounds have Co-5 (compound-I) and Co-4 (compound-II and compound-III) clusters connected through the carboxylate and triazolate forming structures with pcu net (compound-I and compound-II) and a graphite-related net (compound-III). The water molecules (coordinated and lattice) can be readily re-adsorbed by the structure of compound-I, whereas the removal of the water molecule leads to a collapse of the structures of compound-II and compound-III. The TGA studies suggest the possibility of an intermediate structure for compound-1, which was investigated using in situ single crystal to single crystal (SCSC) transformations. The identification of an intermediate structure during the dehydration/hydration cycle in compound-I is important and provides important pointers about the dynamics of the water molecules in these compounds. Compound-I was also investigated in detail using a variety of spectroscopic techniques such as IR, UV-Vis spectroscopy etc. Magnetic studies on the synthesized compounds indicate anti-ferromagnetic behavior.

The relevance of metal organic frameworks (MOFs) in inorganic materials chemistry

The metal organic frameworks (MOFs) have evolved to be an important family and a corner stone for research in the area of inorganic chemistry. The progress made since 2000 has attracted researchers from other disciplines to actively engage themselves in this area. This cooperative synergy of different scientific believes have provided important edge and spread to the chemistry of metal-organic frameworks. The ease of synthesis coupled with the observation of properties in the areas of catalysis, sorption, separation, luminescence, bioactivity, magnetism, etc., are a proof of this synergism. In this article, we present the recent developments in this area.

High Loading of Pd Nanoparticles by Interior Functionalization of MOFs for Heterogeneous Catalysis

In this report, the issue related to nanoparticle (NP) agglomeration upon increasing their loading amount into metal-organic frameworks (MOFs) has been addressed by functionalization of MOFs with alkyne groups. The alkynophilicity of the Pd2+ (or other noble metals) ions has been utilized successfully for significant loading of Pd NPs into alkyne functionalized MOFs. It has been shown here that the size and loading amount of Pd NPs are highly dependent on the surface area and pore width of the MOFs. The loading amount of Pd NPs was increased monotonically without altering their size distribution on a particular MOF. Importantly, the distinct role of alkyne groups for Pe(2+) stabilization has also been demonstrated by performing a control experiment considering a MOF without an alkyne moiety. The preparation of NPs involved two distinct steps viz. adsorption of metal ions inside MOFs and reduction of metal ions. Both of these steps were monitored by microscopic techniques. This report also demonstrates the applicability of Pd@MOF NPs as extremely efficient heterogeneous catalysts for Heck-coupling and hydrogenation reactions of aryl bromides or iodides and alkenes, respectively.

MOFs basados en metaloporfirinas: diseño estructural orientado a la biomimetización de sus propiedades naturales

La Ciencia y Tecnología de Materiales tiene el reto permanente de desarrollar y mejorar materiales multifuncionales y respetuosos con el medio ambiente. En este sentido, los materiales de tipo MOF (Metal-Organic Framework) están siendo objeto de un gran interés, ya que las redes sólidas de coordinación (especialmente, las porosas) presentan aplicaciones en campos en los que la sociedad manifiesta una demanda creciente de ciencia y tecnología, como el almacenamiento y transporte de energía, la captura de gases con efecto invernadero, la catálisis heterogénea y la liberación controlada de fármacos, entre otros. En este contexto, el presente trabajo se planteó con el objetivo de desarrollar nuevos materiales de tipo MOF basados en metaloporfirinas, al objeto de mimetizar las funciones que desempeñan las mismas en los sistemas biológicos, con el fin de reproducirlas en el estado sólido. Para ello, se han escogido biometales como el hierro y el cobalto: característicos de estos sistemas, de bajo coste y medioambientalmente respetuosos. Por otra parte, las porfirinas seleccionadas han sido las siguientes: TPP (meso-tetra-4-fenilporfirina), TCPP (meso-tetra-4-carboxifenilporfirina) y TPPS (meso-tetra-4-sulfonatofenilporfirina). Estas tres moléculas conforman un conjunto de ligandos que difieren ligeramente en sus grupos funcionales. Asimismo, en ocasiones, se ha utilizado un ligando secundario dipiridínico (4,4´-bipiridina) que ha actuado como espaciador. El diseño de las síntesis se ha centrado tanto en las combinaciones adecuadas de metales y ligandos como en la selección de las técnicas de síntesis. Así, se han obtenido cinco nuevos compuestos, que se han sintetizado en condiciones solvotermales suaves o mediante radiación microondas. La caracterización preliminar de los mismos se ha llevado a cabo mediante análisis cuantitativo, espectroscopia infrarroja y Raman, difracción y fluorescencia de rayos X y medidas de densidad. El estudio estructural se ha realizado mediante difractometría de rayos X y el estudio térmico se ha llevado a cabo mediante termogravimetría y termodifractometría. En los casos en que ha resultado procedente, también se han caracterizado los compuestos mediante espectroscopia ultravioleta-visible (UV-Vis), Mössbauer y resonancia paramagnética electrónica (EPR) y mediante medidas de la susceptibilidad magnética. Asimismo, ocasionalmente, se han realizado cálculos mecano-cuánticos basados en la teoría del funcional de la densidad (DFT) y medidas catalíticas. El primero de los cinco compuestos obtenidos, de fórmula [FeTCPP], es quiral y destaca por ser la tercera estructura 2D publicada basada en esta porfirina. La formación de este compuesto está condicionada por la oxidación de los iones de hierro y por la existencia de grupos carboxílicos en la porfirina. Por otra parte, con la participación del espaciador 4,4´-bipiridina (bipy) se han obtenido tres redes 1D. Así, la estructura cristalina del compuesto ([FeTPPbipy]•)n se explica mediante la formación de radicales neutros que se estabilizan en un empaquetamiento que permite la formación de enlaces entre los grupos fenílicos de distintas cadenas. La formación de estos enlaces queda corroborada por la existencia de significativas interacciones antiferromagnéticas. Por otra parte, en el compuesto [CoTPP(bipy)]•([CoTPP])0.22•(TPP)0.78, la disposición de las cadenas deja grandes huecos en la red que se ocupan con porfirinas tanto coordinadas como sin coordinar. El tercero de estos compuestos 1D presenta la fórmula [CoTPPS0.5(bipy)(H2O)2]•6H2O y destaca porque la extensión de las cadenas se produce por la alternancia de dos tipos de octaedros de CoII. La naturaleza de los grupos sulfonato de la porfirina TPPS es determinante para comprender la intrincada red de enlaces de hidrógeno de este compuesto, que propician la formación de una red interpenetrada caracterizada por su gran estabilidad térmica (hasta los 370ºC). Finalmente, con la porfirina TCPP se ha obtenido un segundo compuesto de fórmula -O-[FeTCPP]2•nDMF (n≈ 16; DMF = dimetilformamida). El mismo presenta grandes cavidades (47% de porosidad) que diluyen la matriz magnética, caracterizada por fuertes interacciones antiferromagnéticas intradiméricas. Todo ello revela una inusual estructura superhiperfina, observada por espectroscopia EPR. El trabajo que se recoge en esta memoria constituye, por lo tanto, un “viaje” de mayor a menor dimensionalidad en las estructuras cristalinas. La guía de este viaje ha sido la búsqueda de propiedades catalíticas en sistemas heterogéneos. Así, el [CoTPP(bipy)]•([CoTPP])0.22•(TPP)0.78 obedece el enfoque de inmovilizar o anclar el catalizador en los huecos de la red. Sin embargo, la estrategia alternativa seguida para el compuesto m-O-[FeTCPP]2•nDMF (es decir, que el propio MOF actúe de catalizador) es la que ha aportado mejores y más prometedores resultados en lo que a catálisis heterogénea se refiere.

MOFs basados en CuII-PDC-bpe (PDC= 2,5-piridindicarboxilato, bpe= 1,2-di(4piridil)eteno): Cristaloquímica de redes 2D tipo Herringbone

Comunicación a congreso (póster): XXIV Simposio del Grupo Especializado de Cristalografía y Crecimiento Cristalino, GE3C. 23-26 de junio de 2014, Bilbao

Metalloporphyrin-based MOFs: new strategies for catalyst immobilization

Comunicacion a congreso (Presentación): ICCC 40. International Conference on Coordination Chemistry. Valencia, September 09-13, 2012

MOFs porosos: “Tallando” el espacio en arquitecturas supramoleculares

Comunicación a congreso: XXII Simposio del Grupo Especializado de Cristalografía y Crecimiento Cristalino (GE3C). Sevilla, 26 – 29 de Junio de 2012.

Metalloporphyrin-based MOFs: First Cobalt Based TPPS-bipy Coordination Network

Poster presentado en el congreso: Third International Conference on Multifunctional, Hybrid and Nanomaterials (3-7 March 2013, Sorrento, Italy)

MOFS metaloporfirínicos 1D y 2D: Estudio cristaloquímico

Comunicación a congreso (póster): XXIV Simposio del Grupo Especializado de Cristalografía y Crecimiento Cristalino, GE3C. 23-26 de junio de 2014, Bilbao

Biomimetic catalysts based on metalloporphyrin MOFs

Comunicación a congreso (póster): 12th European Biological Inorganic Chemistry Conference (EuroBIC 12) Zurich, August 24-28 2014.

MOFs metaloporfirínicos: biomimetizando sus propiedades naturales

Comunicación oral presentada en la IX Reunión Científica de Bioinorgánica celebrada en Cádiz del 14 al 17 de Junio de 2015.