Gases e poluentes podem ser filtrados do ar e líquidos por meio de produtos porosos, materiais cristalinos, como estruturas metal-orgânicas (MOFs). Para particionar ainda mais esses poros e aumentar sua capacidade de sorção, uma equipe de cientistas desenvolveu uma estratégia sintética dois em um rápida e versátil, combinando coordenação de metal com a química covalente de elementos leves. Conforme detalhado em um estudo na revista Angewandte Chemie , o novo material particionado por poros e espaços poderia ser usado como um adsorvente altamente eficiente de amônia.

A estrutura dos MOFs é uma rede coordenativa de metais com ligantes orgânicos, que constrói uma rede porosa tridimensional grande e simétrica. Os gases podem se difundir para dentro e para fora dos poros. Uma vez em um MOF, as moléculas de gás são adsorvidas em locais de adsorção fornecidos pelos íons metálicos e pelas moléculas de ligação. Contudo, pequenas moléculas de gás, como CO ₂ , acetileno, e a amônia não precisa de poros grandes para ficar presa, e às vezes uma rede mais densa e mais sites de adsorção podem aumentar a capacidade de um MOF.

Portanto, uma equipe de cientistas liderada por Pingyun Feng da Universidade da Califórnia, EUA, tentou dividir os poros com ligantes covalentes - moléculas espaçadoras que se montam por meio de reações químicas. O particionamento tem a vantagem adicional de tornar o MOF mais estável. A instabilidade é uma das razões pelas quais os MOFs ainda não encontraram uso generalizado, embora sejam materiais de sorção de gás muito mais eficientes do que, por exemplo, zeólitas e carvão ativado.

A equipe de Feng, incluindo o estudante de graduação Yanxiang Wang, escolheu a molécula aromática piridina-4-ácido borônico como molécula de partição. Este é um ligante incomum. Ele combina dois elementos leves diferentes com reatividade complementar:o boro é um ácido de Lewis e tende a capturar agentes com alta densidade de elétrons, enquanto o nitrogênio piridínico é uma base de Lewis em busca de ácidos de Lewis com os quais reagir. Em condições normais, essas moléculas simplesmente atacariam umas às outras e causariam muitas reações não direcionadas.

Contudo, isso não aconteceu aqui porque os autores integraram a reação do ácido piridina-4-borônico na reação de coordenação do metal que cria o MOF. Ambas as reações covalentes e coordenativas agiram sinergicamente e protegeram o ácido piridina-4-borônico das reações colaterais. Formou-se um trímero que se encaixou perfeitamente nos poros hexagonais do MOF. O resultado foi um MOF com uma rede orgânica covalente integrada, ou "MOF particionado por espaço de poro", fornecendo muitos novos locais para adsorção de gás.

Os cientistas sintetizaram vários desses MOFs, cada um com uma combinação diferente de metais e ligantes orgânicos. Os novos MOFs particionados por poros e poros mostraram melhor absorção de gás do que aqueles não particionados. Além disso, os locais de ácido Lewis de boro expostos dos ligantes de partição permitiram a absorção de amônia com uma densidade de empacotamento alta. Este trabalho apresenta um avanço na síntese e no desempenho do MOF. Reações que não foram consideradas possíveis - como trimerização pura de um ácido piridinborônico - são alcançadas e podem levar a componentes altamente úteis.