Figura 1. Representação esquemática de estruturas porosas construídas a partir de moléculas de hidrogênio. As estruturas precisam ser estáveis mesmo após a remoção das moléculas de solvente dos poros. Crédito:Universidade de Osaka
Durante as últimas duas décadas, materiais porosos como zeólitas e estruturas metal-orgânicas têm chamado a atenção da comunidade científica devido à ampla gama de aplicações derivada de sua porosidade. Recentemente, surgiu uma nova classe de todos os materiais orgânicos - as estruturas orgânicas ligadas por hidrogênio (HOFs). Esses materiais cristalinos contam com dois tipos de interações não covalentes - interações π-π que formam a pilha vertical, e interações de ligações de hidrogênio que fornecem a ordem e estabilidade entre as unidades moleculares. A combinação dessas interações permite a montagem de unidades moleculares especificamente projetadas para obter estruturas cristalinas ordenadas, possibilitando o desenvolvimento de materiais com propriedades físicas e químicas ajustáveis.
Uma colaboração internacional entre a Universidade de Osaka, Japão, e a Universidade de Castilla, Espanha, desenvolveu estruturas orgânicas unidas por hidrogênio porosas monocristalinas estáveis (HOFs) que são termicamente e quimicamente duráveis e têm grande área de superfície e propriedades de fluorescência. Por meio de moléculas empilhadas unidimensionalmente e ligações de hidrogênio, eles fabricaram as estruturas estáveis e rígidas, apesar dessas estruturas consistirem em ácido carboxílico ligado por hidrogênio fraco. Os resultados de suas pesquisas foram publicados em Angewandte Chemie International Edition .
Este material poroso apresentou uma ampla área superficial específica de 1288 m2 por 1g e pode manter sua estrutura a temperaturas de até 305 ° C na atmosfera. Além disso, ligações de hidrogênio deste material não são clivadas mesmo quando imerso em álcool ou ácido clorídrico concentrado e aquecido. Este material poroso apresentou HOFs bastante estáveis quando comparado aos materiais convencionais.
É difícil formar HOFs sistematicamente conforme projetado, assim, buscou-se o estabelecimento de metodologia para a formação dos HOFs. Este grupo descobriu que um derivado de hexaazatrifenileno (HAT) com 6 grupos carboxifenil (CPHAT) formava HOFs com alta resistência ao calor. Eles pensaram que um derivado de HAT com grupos carboxiaril era um bloco de construção molecular promissor para a construção de HOFs estáveis com uma grande área de superfície. Usando um derivado de HAT com grupos carboxibifenil (CBPHAT), eles obtiveram HOFs termicamente e quimicamente estáveis com grande área de superfície, demonstrar a eficácia das estruturas HAT sintetizando e cristalizando derivados HAT que têm mãos mais longas para agarrar os átomos vizinhos.
Figura 2. Estruturas cristalinas de HOFs (estruturas orgânicas ligadas por hidrogênio) compostas por derivados de HAT (CPHAT e CBPHAT). Crédito:Universidade de Osaka
O autor principal Ichiro Hisaki da Universidade de Osaka disse:"Neste estudo, descobrimos que os derivados de HAT formaram HOFs rígidos e estáveis por meio de (1) ligações de hidrogênio entre grupos carboxi, (2) rede tridimensional (3-D), (3) interpenetração da rede, e (4) encaixe ajustado de forma de núcleos HAT torcidos. "(Figura 3)
Este estudo irá contribuir para o desenvolvimento de HOFs funcionais, como HOFs mostrando absorção seletiva de CO2, e permitirá a conversão de CO2 em espécies químicas úteis, como o álcool.
Figura 3. Interpretação hierárquica de um HOF rígido e estável (CPHAT-1a) por meio de (1) ligação de hidrogênio entre grupos carboxi, (2) rede tridimensional (3D), (3) interpenetração da rede, e (4) encaixe ajustado na forma de núcleos HAT torcidos.
