Uma equipe de cientistas criou uma montagem quiral misturando polioxometalatos inorgânicos e moléculas orgânicas de ciclodextrina.



Os polioxometalatos (POMs) são uma classe de nanomateriais com muitas aplicações úteis. No entanto, o uso de polioxometalatos como blocos de construção para construir estruturas quirais baseadas em POM tem sido um desafio de longa data para os pesquisadores. A equipe produziu uma estrutura 3D nesta pesquisa, construída por montagem de coordenação. A estrutura resultante apresenta uma camada híbrida orgânico-inorgânica entrelaçada.

A equipe publicou seu trabalho na revista Polyoxometalates .

Os POMs têm características especiais que incluem altas cargas negativas, notáveis ​​habilidades redox e enxerto orgânico disponível. Esses recursos úteis fizeram com que os POMs atraíssem muito interesse em aplicações relacionadas à energia. Suas aplicações potenciais variam desde ciência de materiais até catálise, medicina, proteção ambiental e produção de hidrogênio.

Com a sua fascinante versatilidade estrutural e química, os POMs são uma escolha reconhecível em muitos campos da ciência, desde materiais funcionais e catálise até magnetismo e biomedicina. Quando os POMs são usados ​​como blocos de construção para construir estruturas abertas baseadas em POM, eles apresentam muitas vantagens. Estes incluem robustez e porosidade intrínseca. Eles também podem ser facilmente reciclados.

Estruturas metal-orgânicas (MOFs) são uma classe de materiais porosos cristalinos que são construídos a partir de íons metálicos e ligantes de ponte orgânicos. São estruturas porosas altamente uniformes que possuem grandes áreas superficiais. Os MOFs, com sua grande área superficial específica e poros permanentes, tornaram-se excelentes candidatos para carregamento de POMs. Quando POMs e MOFs são combinados, eles formam uma espécie de material híbrido orgânico-inorgânico.

Esses materiais híbridos POM e MOF estão atraindo muito interesse entre os pesquisadores, especialmente as estruturas quirais baseadas em POM. Quiral em química refere-se a imagens espelhadas. Descrever uma molécula como quiral é dizer que sua imagem espelhada de si mesma é diferente. No passado, os pesquisadores enfrentaram desafios no uso de POMs para criar estruturas quirais baseadas em POM.

Assim, a equipe concentrou seu trabalho na aplicação de POMs como blocos de construção na construção de frameworks funcionalizados baseados em POM quirais. Os compostos POM quirais têm quiralidade extrínseca ou intrínseca com base em suas fontes quirais. A quiralidade dos compostos POM vem principalmente das partes quirais orgânicas ou organometálicas. POMs intrinsecamente quirais são POMs quirais devido à quebra de simetria.

A equipe de pesquisa foi capaz de construir uma estrutura quiral baseada em POM misturando POMs inorgânicos e moléculas orgânicas de ciclodextrina. "Como uma estrutura quiral robusta, a separação quiral e a catálise quiral foram exploradas", disse Cai-Hong Zhan, professor da Faculdade de Química e Ciência de Materiais da Universidade Normal de Zhejiang. As ciclodextrinas são um grupo de oligossacarídeos cíclicos produzidos a partir de amido ou derivados de amido. Devido à sua estrutura, são bons candidatos para complementar a estrutura e melhorar as propriedades físico-químicas dos MOFs.

A equipe conectou {SiW₁₂ } ânions, que são íons carregados negativamente, com íons manganês de maneira antiparalela. Isto formou uma camada totalmente inorgânica única com vazios significativos. Em seguida, eles combinaram-no com uma camada orgânica de ciclodextrina que preencheu os vazios da camada POM-manganês. As duas camadas se entrelaçaram para formar o híbrido orgânico-inorgânico. Eles estenderam as camadas com o íon sódio para produzir uma estrutura 3D.

A equipe usou o ciclo térmico para explorar a estabilidade, a separação quiral, a catálise quiral e a condutividade de prótons da estrutura composta que criaram. "A estabilidade robusta desta estrutura composta foi verificada por experimentos de ciclagem térmica", disse Zhan

Olhando para o futuro, a equipe planeja levar esse trabalho adiante. "A separação quiral e a catálise quiral serão exploradas posteriormente, alterando o substrato para provar que a estrutura quiral tem aplicações potenciais", disse Zhan.

Mais informações: Xiu-Xia Ding et al, estruturas quirais de polioxometalato-ciclodextrina via montagem mediada por Mn:estabilidade aprimorada e atividade catalítica, polioxometalatos (2023). DOI:10.26599/POM.2023.9140046
Fornecido pela Imprensa da Universidade de Tsinghua