Material estructural organometálico poroso como agente desecante.

Empleo de un material estructural organometálico poroso que contiene por lo menos un compuesto orgánico por lo menos bidentado unido de manera coordinada a por lo menos un ion metálico,

como agente desecante para la disminución del contenido o eliminación de agua de un líquido orgánico.

Material estructural organometálico poroso como agente desecante

La presente invención se refiere al empleo de materiales organometálicos porosos como agentes desecantes.

En las reacciones químicas se emplean frecuentemente solventes, que actúan como medios de reacción. Típicamente son líquidos orgánicos, que consisten en un solvente orgánico o una mezcla de tales solventes.

En tales transformaciones químicas, las trazas de agua pueden ser interferentes que reducen el rendimiento de una reacción o evitan totalmente la ocurrencia de tal reacción. De allí que se desarrollaron numerosos métodos para reducir el contenido de agua en los líquidos orgánicos.

Una posibilidad sencilla consiste en poner en contacto el solvente con agente desecante, con lo cual el agua presente en el solvente se enlaza a dicho agente, de modo que se reduce de manera correspondiente la fracción de agua en el solvente orgánico.

Tales agentes conocidos representan tamices moleculares, cloruro de calcio, sulfato de magnesio y similares.

A pesar de los agentes desecantes conocidos en el estado de la técnica existe una necesidad por agentes desecantes, que sean particularmente adecuados de manera particularmente efectiva para el secado de solventes orgánicos.

De allí que un objetivo de la presente invención consiste en suministrar nuevos materiales para tal empleo.

El objetivo es logrado mediante el empleo de un material estructural organometálico poroso que contiene por lo menos un compuesto orgánico por lo menos bidentado enlazado de manera coordinada a por lo menos un ión metálico, como agente desecante para disminuir el contenido o eliminar el agua de un líquido orgánico.

Se ha mostrado que los materiales estructurales organometálicos, aparte de sus propiedades adsorbentes, en particular para gases o separación de gases también son adecuados de manera sobresaliente para el secado de líquidos orgánicos.

Con ello, estos materiales estructurales organometálicos porosos sirven para el empleo como agente desecante para la disminución o eliminación de agua de un líquido orgánico.

Tales materiales estructurales organometálicos (MOF) son conocidos en el estado de la técnica y son descritos por ejemplo en US 5, 648, 508, EP-A-0 790 253, M. O'Keeffe et al., J. Sol. State Chem., 152 (2000) , páginas 3 a 20, H. Li et al., Nature 402, (1999) , página 276, M. Eddaoudi et al., Topics in Catalysis 9, (1999) , páginas 105 a 111, B. Chen et al., Science 291, (2001) , páginas 1021 a 1023 y DE-A-101 11 230.

Como un grupo especial de estos materiales estructurales organometálicos se describen en la literatura más reciente los denominados materiales estructurales "limitados", en los cuales, mediante elección especial del compuesto orgánico, la estructura no se extiende de manera infinita sino por formación de polihedros. A.C. Sudik, et al., J. Am. Chem. Soc. 127 (2005) , 7110-7118, describen tales materiales estructurales especiales. De este modo, para la limitación se denominan polihedros organometálicos (MOP = Metal-Organic Polyhedra) .

Otro grupo especial de materiales estructurales organometálicos porosos son aquellos en los cuales el compuesto orgánico representa como ligando un sistema de anillos mono, bi o policíclico, el cual se deriva por lo menos de uno de los heterociclos elegidos de entre el grupo consistente en pirrol, alfa-piridona y gama-piridona y exhibe por lo menos dos sistemas de anillos de nitrógeno. En la WO-A 2007/131955 se describe la producción electroquímica de tales materiales estructurales.

En el marco de la presente invención, estos grupos especiales son en particular adecuados.

Según la presente invención, los materiales estructurales organometálicos contienen poros, en particular micro y/o mesoporos. Los microporos se definen como aquellos con un diámetro de 2 nm o menos y los mesoporos se definen mediante un diámetro en el rango de 2 a 50 nm, en cada caso correspondiente a la definición indicada en Pure & Applied Chem. 57 (1983) , 603 - 619, en particular en la página 606. La presencia de micro y/o mesoporos puede ser validada con ayuda de mediciones de sorción, donde éstas mediciones determinan la capacidad de absorción de nitrógeno por parte del material estructural organometálico a 77 Kelvin según DIN 66131 y/o DIN 66134.

Preferiblemente para un material estructural organometálico en polvo la superficie específica, calculada según el modelo de Langmuir (DIN 66131, 66134) , es superior a 100 m2/g, más preferiblemente superior a 300 m2/g, más preferiblemente superior a 700 m2/g, aún más preferiblemente superior a 800 m2/g, aún más preferiblemente superior a 1000 m2/g y de modo particularmente preferido superior a 1200 m2/g.

Los cuerpos moldeados que contienen materiales estructurales organometálicos pueden exhibir una superficie activa pequeña; sin embargo preferiblemente superior a 150 m2/g, más preferiblemente superior a 300 m2/g, aún más preferiblemente superior a 700 m2/g.

Según la presente invención, los componentes metálicos en un material estructural son elegidos preferiblemente dentro los grupos la, IIa, IIIa, IVa a VIIIa y Ib a VIb. De modo particular preferiblemente son Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Y, Ln, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Re, Fe, Ro, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Hg, Al, Ga, In, Ti, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb y Bi, donde Ln representa lantánidos.

Los lantánidos son La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, En, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb.

En relación con estos iones, son de mencionar en particular estos elementos Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+, Sc3+, Y3+, Ln3+, Ti4+, Zr4+, Hf4+, V4+, V3+, V2+, Nb3+, Ta3+, Cr3+, Mo3+, W3+, Mn3+, Mn2+, Re3+, Re2+, Fe3+, Fe2+, Ru3+, Ru2+, Os3+, Os2+, Co3+, Co2+, Rh2+, Rh+, Ir2+, Ir+, Ni2+, Ni+, Pd2+, Pd+, Pt2+, Pt+, Cu2+, Cu+, Ag+, Au+, Zn2+, Cd2+, Hg2+, Al3+, Ga3+, In3+, Ti3+, Si4+, Si2+, Ge4+, Ge2+, Sn4+, Sn2+, Pb4+, Pb2+, As5+, As3+, As+, Sb5+, Sb3+, Sb+, Bi5+, Bi3+ y Bi+.

Además se prefieren particularmente Zn, Al, Mg, Cu, Mn, Fe, Co, Ni, Ti, Zr, Y, Sc, V, In, Ca, Cr, Mo, W, Ln. Se prefieren aún más Al, Cu, Zr, Y, Ln, Mn y Mg. De modo particular se prefiere Cu.

El concepto "compuesto orgánico por lo menos bidentado " define un compuesto orgánico que contiene por lo menos un grupo funcional que está en capacidad de formar con un ión metálico dado por lo menos dos enlaces coordinados, y/o formar con dos o más, preferiblemente dos, átomos metálicos en cada caso un enlace coordinado.

Como grupos funcionales sobre los cuales pueden formarse los mencionamos enlaces coordinados se mencionan en particular por ejemplo los siguientes grupos funcionales: -CO2H, -CS2H, -NO2, -B (OH) 2, -SO3H, -Si (OH) 3, Ge (OH) 3, -Sn (OH) 3, -Si (SH) 4, -Ge (SH) 4, -Sn (SH) 3, -PO3H, -AsO3H, -AsO4H, -P (SH) 3, -As (SH) 3, -CH (RSH) 2, -C (RSH) 3 -CH (RNH2) 2 -C (RNH2) 3, -CH (ROH) 2, -C (ROH) 3, -CH (RCN) 2, -C (RCN) 3, donde R puede ser preferiblemente un grupo alquileno con 1, 2, 3, 4 o 5 átomos de carbono como por ejemplo un grupo metileno, etileno, n-propileno, i-propileno, n-butileno, i-butileno, tert-butileno o n-pentileno o un grupo arilo que contiene uno o dos núcleos aromáticos como por ejemplo dos anillos C6 que dado el caso pueden estar condensados, e independientemente uno de otro puede estar sustituido con por lo menos en cada caso un sustituyente adecuado, y/o el cual puede contener independientemente uno del otro en cada caso por lo menos un heteroátomo como por ejemplo N, O y/o S. Según formas así mismo preferidas de operar, son de mencionar grupos funcionales, en los cuales no esta presente el radical R arriba mencionado. Respecto a esto son de mencionar entre otros -CH (SH) 2, -C (SH) 3, -CH (NH2) 2, C (NH2) 3, -CH (OH) 2, -C (OH) 3, -CH (CN) 2 o -C (CN) 3.

Sin embargo, los grupos funcionales pueden también ser heteroátomos de un heterociclo. En particular, son de mencionar aquí átomos de nitrógeno.

Básicamente, los grupos que son por lo menos bifuncionales pueden estar enlazados a todo compuesto orgánico adecuado, en tanto se garantice que los compuestos orgánicos que exhiben estos grupos funcionales son capaces de formar enlaces coordinados y de producir el material estructural.

Preferiblemente, los compuestos orgánicos que contienen los grupos por lo menos bifuncionales se derivan de un compuesto alifático saturado o insaturado... [Seguir leyendo]

1. Empleo de un material estructural organometálico poroso que contiene por lo menos un compuesto orgánico por lo menos bidentado unido de manera coordinada a por lo menos un ion metálico, como agente desecante para la disminución del contenido o eliminación de agua de un líquido orgánico.

5 2. Empleo según la reivindicación 1, caracterizado porque el líquido orgánico es un alcohol, un éter, un éster, una cetona, una amida, un hidrocarburo dado el caso halogenado, un nitrilo, una amina, un líquido orgánico que contienen azufre, un nitrocompuesto o una mezcla de ellos.

3. Empleo según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque el líquido orgánico es tolueno, acetonitrilo o heptanol.

10 4. Empleo según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el por lo menos un ion metálico es un ión de los metales elegido de entre el grupo consistente en Zn, Al, Mg, Cu, Mn, Fe, Co, Ni, Ti, Zr, Y, Sc, V, In, Ca, Cr, Mo, W y lantánidos.

5. Empleo según la reivindicación 4, caracterizado porque el por lo menos un ion metálico es un ión del metal cobre.

15 6. Empleo según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el por lo menos un compuesto orgánico por lo menos bidentado se deriva de un ácido di, tri o tetracarboxílico.

7. Empleo según la reivindicación 6, caracterizado porque el por lo menos un compuesto orgánico por lo menos bidentado es ácido 1, 3, 5-bencenotricarboxílico.

8. Empleo según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el material estructural organometálico 20 está presente como cuerpo moldeado.