Τα πορώδη πολυμερή συναρμογής, γνωστά και ως στερεά ανόργανου-
οργανικού σκελετού (Metal-Organic Frameworks, MOFs) είναι ένα νέο είδος
πορωδών στερεών και αποτελεί ένα από τα ταχύτερα αναπτυσσόμενα πεδία στην
χημεία την τελευταία δεκαετία. Τα MOFs είναι υψηλής κρυσταλλικότητας στερεά
που δημιουργούνται από την οργάνωση μεταλλικών πλειάδων, γνωστές ως
Δευτερογενείς Δομικές Μονάδες, με πολυδοντικούς οργανικούς υποκαταστάτες. Η
ραγδαία εξέλιξή τους οφείλεται στα ιδιαίτερα δομικά χαρακτηριστικά τους, στις
ιδιότητες και τις πιθανές εφαρμογές τους όπως είναι ενδεικτικά η κατάλυση, ο
μαγνητισμός, η φωταύγεια και η αποθήκευση/διαχωρισμός αερίων.
Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει ο σχεδιασμός νέων υλικών κατάλληλων για
συγκεκριμένες εφαρμογές. Για αυτό το σκοπό έχουν αναπτυχθεί στρατηγικές οι
οποίες στοχεύουν στην ενίσχυση ιδιοτήτων που είναι σημαντικές για μια ορισμένη
εφαρμογή όπως παραδείγματος χάριν η αποθήκευση αερίων. Στο συγκεκριμένο
πεδίο, μια από τις σημαντικές στρατηγικές, είναι η τροποποίηση του οργανικού
υποκαταστάτη με την εισαγωγή λειτουργικών ομάδων οι οποίες θα επιτρέπουν την
ακινητοποίηση «σκληρών» μεταλλικών κέντρων όπως τα κατιόντα Li+ και Mg2+,
μεταξύ άλλων.
Ακολουθώντας την συγκεκριμένη στρατηγική, επιλέξαμε να εισάγουμε
σουλφονικές ομάδες (-SO3H) σε εμπορικούς υποκατάστατες, με απώτερο στόχο την
χρήση των σουλφονικών ανιόντων για την ακινητοποίηση κατιόντων αλκαλι-
μετάλλων, μέσω ηλεκτροστατικών αλληλεπιδράσεων.
Στην παρούσα ερευνητική εργασία, περιγράφεται η σύνθεση ενός νέου
οργανικού υποκαταστάτη, του 4,8-δισουλφόνυλο-2,6-δικαρβοξυλικού οξέος του
ναφθαλενίου και η χρήση του στην ανάπτυξη νέων πολυμερών συναρμογής. Ο
υποκαταστάτης αυτός φέρει δύο διαφορετικές λειτουργικές ομάδες, καρβοξυλικές (-
COOH) και σουλφονικές (-SO3H) και χρησιμοποιείται για πρώτη φορά στην σύνθεση
τέτοιων υλικών.
Συνολικά αναπτύχθηκαν εννέα (9) νέα πολυμερή συναρμογής τα οποία
παρουσιάζουν διαφορετικές και ενδιαφέρουσες αρχιτεκτονικές και μια ιοντική
ένωση. Οι ενώσεις που παρασκευάστηκαν χαρακτηρίστηκαν με τεχνικές όπως
περίθλαση ακτίνων-Χ σε μονοκρύσταλλο και σε δείγμα σκόνης, θερμοσταθμική
ανάλυση, φασματοσκοπία υπερύθρου (IR), φασματοσκοπία πυρηνικού μαγνητικού
συντονισμού (NMR), φασματοσκοπία Mössbauer, μαγνητικές μετρήσεις και
στοιχειακή ανάλυση (C, H, N).
(EL)
Porous coordination polymers, also known as Metal-Organic Frameworks
(MOFs), represent a new class of porous materials and it is one of the fastest growing
fields in materials chemistry. MOFs are highly crystalline materials that are
constructed by assembly of metal clusters, known as Secondary Building Units
(SBUs), with multidentate organic ligands. Their rapid development lies in their
special structural characteristics, properties and possible applications in important
fields including catalysis, magnetism, luminescence and gas storage/separation.
Designing new materials for specific applications is of great interest. For this
purpose, some strategies have been developed in order to enhance properties that are
important for a specific application (e.g. gas storage). One of the most important
strategies is functionalization of an organic ligand with groups that allow the
immobilization of “hard” metallic centres such as Li+ and Mg2+. Following this
strategy, we whose to introduce sulfonic groups (-SO3H) in commercial available
ligands in order to use sulfonate anions (-SO3-) for immobilizing small alkali metal
ions through electrostatic interactions.
In the present thesis, the synthesis of 4,8-disulfonyl-2,6-
naphthalenedicarboxylic acid is described as well as its use in the construction of new
coordination polymers. This new ligand has two different functional groups, namely
carboxylic (-COOH) and sulfonic (-SO3H) groups. Overall, nine new coordination
polymers with different architectures and one ionic compound have been synthesized.
These materials have been characterised with several techniques including singlecrystal
and powder X-ray diffraction, thermogravimetric analysis, infrared
spectroscopy (IR), nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR), Mössbauer
spectroscopy, magnetic measurements and elemental C, H, N analysis.
(EN)
