MÉTODO PARA LA PRODUCCIÓN DE MATERIALES ESTRUCTURALES ORGÁNICOS POROSOS.

Método para la producción de un material estructural organometálico poroso,

dado el caso limitado, donde incluye el paso -reacción de una mezcla de reacción en una fase líquida de por lo menos un compuesto metálico con por lo menos un compuesto orgánico por lo menos bidentado, el cual puede estar enlazado al metal de manera coordinada, en presencia de un solvente orgánico no acuoso en presencia de y/o bajo liberación de agua, donde el compuesto orgánico exhibe por lo menos dos átomos elegidos en cada caso independientemente uno de otro de entre el grupo compuesto por oxígeno, azufre y nitrógeno, sobre el cual el compuesto orgánico puede estar ligado sobre el metal de modo coordinado, caracterizado porque durante la reacción se elimina agua de la fase líquida de la mezcla de reacción

La presente invención se refiere a un método para la producción de materiales estructurales orgánicos porosos. Los materiales estructurales orgánicos porosos forman una interesante categoría de sustancias que pueden ser una alternativa a las zeolitas inorgánicas para las más diversas aplicaciones. Tales aplicaciones están por ejemplo en el campo de la retención, separación o entrega controlada de sustancias químicas, como por ejemplo de gases o en el campo de la catálisis. En particular aquí juega un papel decisivo, la porosidad del material orgánico. Mediante los poros presentes en forma definida en el material estructural orgánico, por un lado se aumenta la superficie específica del material y se hace posible una separación selectiva de mezclas. Lo mismo vale para tales materiales cuando éstos son empleados en reacciones químicas como por ejemplo en reacciones catalíticas. Un grupo especial de estos materiales estructurales orgánicos porosos son los denominados materiales estructurales organometálicos. Estos son conocidos en el estado de la técnica y típicamente contienen un compuesto orgánico por lo menos bidentado unido de manera coordinada a un ión metálico. Tales materiales estructurales organometálicos (MOF = estructurales organometálicos) son descritos por ejemplo en US-A 5,648,508, EP-A 0 790 253, M.O. Keeffe, J. Sol. State Chem., 152 (2000), 3-20; H.Li et al., Nature 402 (1999), 276; M. Eddaoudi, Topics in catalysis 9 (1999), 105-111; B. Chen et al., Science 291 (2001), 1021-1023 y DE-A 101 11 230. Como un grupo especial de estos materiales estructurales organometálicos son descritos en la literatura más reciente los así denominados materiales estructurales "limitados", en los que la estructura no se extiende infinitamente mediante la elección especial del compuesto orgánico sino que lo hace por formación de poliedros. A.C. Sudik, et al., J. Am. Chem. Soc. 127 (2005), 7110-7118, describen tales materiales estructurales especiales. Aquí se menciona esta delimitación como poliedros organometálicos (MOP = poliedros órgano metálicos). Otra modificación de tales materiales estructurales orgánicos porosos representa las así llamadas estructuras orgánicas covalentes (COF = estructuras orgánicas covalentes). Aquí son materiales estructurales, en los cuales en comparación con los materiales estructurales organometálicos el átomo central metálico ha sido reemplazado por un compuesto orgánico de boro, aquellos que preferiblemente tienen cambiados por lo menos dos grupos boro (R-B(OH)2, donde R representa un radical orgánico). A.P. Côté, et al. Science 310 (2005), 1116-1170, describen por ejemplo tales materiales estructurales. Todos estos materiales estructurales orgánicos tienen una porosidad común. Estrechamente ligada con la porosidad de tales materiales está la superficie específica, la cual influye fuertemente en sus propiedades. Como una medida de la caracterización de tales superficies se toma la superficie específica según Langmuir. De allí que para la producción de tales materiales, aparte de un buen rendimiento, también es de gran importancia la generación de altas superficies específicas así como la reproducibilidad en la producción. Esto vale en particular para la producción de grandes cantidades de material estructural. Por ejemplo, para los materiales estructurales organometálicos como MOF-5 (IRMOF-1) se describen en la literatura numerosos métodos de síntesis. Así por ejemplo H. Li, et al., Nature 402 (1999), 276-279 describen la síntesis de MOF-5 donde pudo alcanzarse una superficie Langmuir de aproximadamente 2900 m2/g.

En WO-A 02/070526 se emplearon por ejemplo solventes especiales para producir MOF-5. Con esto resultó una superficie específica de 1063 m2/g. También en WO-A 02/088148 se manifiestan diferentes métodos para la producción de IRMOF-1 (MOF-5). La producción de MOF-5, en la cual pudo alcanzarse una superficie específica particularmente alta, es descrita en WO-A 03/102000 así como de J.L.C. Rowsell, et al., J. Am. Chem. Soc. 126 (2004), 56665667. Todas estas citas de literatura muestran que a pesar de conducciones de reacción en principio iguales, se obtienen materiales estructurales orgánicos porosos que exhiben superficies específicas fuertemente diferentes y con ello pueden tener propiedades diferentes. De allí que existe una necesidad para poner a disposición métodos de producción que, en particular en la producción de grandes cantidades de materiales estructurales orgánicos porosos, eviten las desventajas arriba descritas. De allí que es un objetivo de la presente invención poner a disposición métodos de producción de materiales estructurales orgánicos porosos, que suministren cantidades suficientemente grandes de tales materiales estructurales, donde estos exhiben una superficie específica tan alta como es posible y pueden ser producidos con una alta reproducibilidad. Se logró el objetivo mediante un método para la producción de un material estructural organometálico poroso, dado el caso limitado, donde contiene la etapa:

Reacción de una mezcla de reacción en una fase líquida a partir de por lo menos un compuesto metálico con por lo menos un compuesto orgánico por lo menos bidentado, el cual puede estar ligado al metal de manera coordinada, en presencia de un solvente orgánico no acuoso en presencia y/o bajo liberación de agua, donde el compuesto orgánico exhibe por lo menos dos átomos elegidos en cada caso independientemente uno de otro de entre el grupo compuesto por oxígeno, azufre y nitrógeno, sobre el que el compuesto orgánico puede estar ligado de manera coordinada sobre el metal, caracterizado porque durante la transformación se elimina el agua de la fase líquida de la mezcla de reacción.

Además el objetivo es solucionado mediante un método para la producción de un material estructural

boro-orgánico poroso, dado el caso limitado, donde contiene la etapa: Reacción de una mezcla de reacción en fase líquida de por lo menos un compuesto que exhibe por lo menos dos grupos boro con por lo menos un compuesto orgánico que tiene por lo menos dos grupos funcionales, el cual puede enlazarse de modo covalente sobre un grupo, en presencia de un solvente orgánico no acuoso, donde el compuesto orgánico que tiene por lo menos dos grupos funcionales exhibe por lo menos dos átomos elegidos en cada caso independientemente uno de otro de entre el grupo compuesto por oxígeno, azufre y nitrógeno, sobre el cual el compuesto orgánico que tiene dos grupos funcionales puede estar enlazado de modo covalente sobre un grupo boro, caracterizado porque durante la transformación se elimina el agua de la fase líquida de la mezcla de reacción.

Se encontró el modo sorprendente que los materiales estructurales orgánicos porosos arriba descritos (MOF, MOP, COF), en los cuales se presenta una desviación estándar inferior a la del estado de la técnica, pueden ser materializados con superficies específicas comparativamente altas y valores con buena reproducibilidad mediante la eliminación del agua de la mezcla de reacción en la formación del material estructural orgánico poroso. En el caso de materiales estructurales organometálicos, esta agua puede estar presente en la mezcla de reacción en forma de agua de cristalización del compuesto metálico. Después de la reacción del compuesto metálico, el agua de cristalización ya no se encuentra enlazada de manera coordinada en la mezcla de reacción y puede ser eliminada de esta. Además existe la posibilidad de emplear solvente orgánico que no es totalmente anhidro. También aquí puede eliminarse el agua presente por ello en la mezcla de reacción. Por último puede también formarse agua en la reacción. Esto aplica por ejemplo entonces cuando el compuesto metálico está presente en la mezcla de reacción en forma de un hidróxido metálico o un óxido metálico y ocurre una reacción con el compuesto orgánico por lo menos bidentado, el cual puede ser por ejemplo un ácido carboxílico orgánico. Aquí se libera agua por la formación del compuesto complejo metálico. En ello tiene que evitarse añadir el compuesto metálico a la mezcla de reacción como hidróxido o como óxido. Más bien este puede también estar presente en forma de una sal metálica, donde los iones hidróxido necesarios para la formación de agua puede ser generados mediante la formación de una base, como por ejemplo soda cáustica, o mediante el solvente. En el caso de materiales estructurales orgánicos de boro, el agua se genera en particular mediante la reacción de ácido bórico con, por ejemplo, un alcohol. La eliminación del agua de la mezcla de reacción puede ocurrir en particular mediante destilación, mediante arrastre con...

1. Método para la producción de un material estructural organometálico poroso, dado el caso limitado,

donde incluye el paso -reacción de una mezcla de reacción en una fase líquida de por lo menos un compuesto metálico con por lo menos un compuesto orgánico por lo menos bidentado, el cual puede estar enlazado al metal de manera coordinada, en presencia de un solvente orgánico no acuoso en presencia de y/o bajo liberación de agua, donde el compuesto orgánico exhibe por lo menos dos átomos elegidos en cada caso independientemente uno de otro de entre el grupo compuesto por oxígeno, azufre y nitrógeno, sobre el cual el compuesto orgánico puede estar ligado sobre el metal de modo coordinado, caracterizado porque durante la reacción se elimina agua de la fase líquida de la mezcla de reacción.

2. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque el agua es por lo menos agua de cristalización del compuesto metálico o es componente del solvente o se forma por escisión durante la reacción del por lo menos un compuesto metálico con el por lo menos un compuesto por lo menos bidentado.

3. Método según las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque el por lo menos un compuesto orgánico por lo menos bidentado se deriva de un ácido di-, tri-o tetracarboxílico o un análogo de azufre de los mismos.

4. Método para la producción de un material estructural boro-orgánico poroso dado el caso limitado,

donde contiene el paso -reacción de una mezcla de reacción en una fase líquida de por lo menos un compuesto que exhibe por lo menos dos grupos boro con por lo menos un compuesto orgánico que es por lo menos bifuncional, el cual puede estar enlazado de modo covalente a un grupo boro, en presencia de un solvente orgánico no acuoso, donde el compuesto orgánico por lo menos bifuncional exhibe por lo menos dos átomos elegidos en cada caso independientemente uno de otro del grupo compuesto por oxígeno, azufre y nitrógeno, sobre el cual el compuesto orgánico bifuncional puede enlazarse de modo covalente con un grupo boro, caracterizado porque durante la transformación de la fase líquida de la mezcla de reacción se elimina agua.

5. Método según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el agua se elimina de la mezcla de reacción mediante destilación, arrastre de vapor o con agentes de adsorción.

6. Método según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la reacción ocurre bajo agitación.

7. Método según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la reacción ocurre a una presión de 2 bar como máximo.

8. Método según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la reacción ocurre a una temperatura en el rango de 80°C a 180°C.

9. Método según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el solvente orgánico no acuoso es un alcanol C1-6, DMSO, DMF, DEF, DMAc, acetonitrilo, tolueno, dioxano, benceno, clorobenceno, MEK, piridina, THF, acetato de etilo, alcano C1-200 dado el caso halogenado, sulfolano, glicol, NMP, γ-butirolactona, alcoholes alicíclicos, cetonas, ciclocetonas, sulfoleno una mezcla de ellos.

10. Método según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque sigue una o varias etapas de acondicionamiento, las cuales son realizadas bajo exclusión de humedad.