PROCESO PARA LA PRODUCCIÓN DE MATERIALES ESTRUCTURALES ORGANOMETÁLICOS QUE CONTIENEN IONES METÁLICOS DE LOS GRUPOS PRINCIPALES.

Proceso para la preparación de un material estructural organometálico poroso que contiene el paso de reacción de al menos compuesto metálico con al menos un compuesto al menos bidentado,

el cual puede enlazarse al metal de manera coordenada, en presencia de un solvente orgánico no acuoso, en cuyo caso el metal es BeII, MgII, CaII, SrII, BaII, AlIII, GaIII o InIII y en cuyo caso el compuesto orgánico tiene al menos dos átomos, seleccionado cada uno de manera independiente del grupo que se compone de oxígeno, azufre y nitrógeno, por los cuales puede enlazarse el compuesto orgánico al metal de manera coordenada, en cuyo caso la reacción se efectúa revolviendo y a una presión de máximo 2 bar (absoluta) y en cuyo caso después de la reacción se efectúa un paso de calcinación a más de 250°C

La presente invención se refiere a un proceso para la producción de material estructural organometálico poroso, así como al uso de los materiales estructurales producidos. 5

En el estado de la técnica se conocen materiales estructurales organometálicos. Estos contienen de manera típica al menos un compuesto orgánico al menos bidentado, enlazado de manera coordinada con al menos un ión de metal. Tales materiales estructurales (o de armazón) organometálicos (MOF = metal organic framework) se describen, 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 10 DE-A 101 11 230.

Para la preparación de tales materiales estructurales organometálicos porosos se han desarrollado numerosos métodos. De manera típica, en un solvente adecuado se hace reaccionar una sal de metal con el compuesto orgánico al menos bidentado tal como un ácido dicarboxílico, por ejemplo, a presión elevada y temperatura elevada.

No obstante, en tal caso aparecen dificultades. Un problema puede consistir en que debido al uso de una sal metálica, 15 después de la formación del material estructural el contra-ión (por ejemplo, nitrato) del catión de metal, el cual queda en el medio de reacción, debe separarse del material estructural.

Debido al uso de presiones y temperaturas, para la preparación de material estructural organometálico se ponen requisitos altos al aparato de síntesis. Habitualmente solo es posible, y solo se describe, una síntesis por lotes en aparatos comparativamente pequeños. Un escalamiento (scale-up) resulta ser muy dispendioso. 20

Una dificultad más consiste en que, según el metal y el compuesto orgánico usados para la preparación del material estructural, no es posible transferir así sin más las condiciones de reacción. Un caso tal se presenta, por ejemplo, cuando el componente de metal en el material estructural organometálico es un metal de grupo principal del segundo o tercer grupo principal del sistema periódico. En este caso, para la preparación se aplican condiciones de reacción claramente diferentes, de manera parcial, en comparación con materiales estructurales análogos, en los que el 25 componente metálico es cinc o cobre, por ejemplo.

Tales materiales estructurales organometálicos porosos, que pueden presentar un metal de grupos principales del segundo o tercer grupo principal, se diferencian también respecto de sus propiedades de los materiales estructurales análogos arriba mencionados, lo cual podría ser una razón para recurrir aquí a los procesos de producción frecuentemente modificados en el estado de la técnica. 30

T. Loiseau et al., Chem. Eur. J. 2004, (10), 1373-1382 describe, por ejemplo, la preparación de tereftalatos de aluminio porosos. Esta se caracteriza por una estabilidad térmica notablemente alta. Así, se reporta que el material se degrada solo a una temperatura desde 500 °C. La síntesis se efectúa aquí mediante reacción de nitrato de aluminio (como nonahidrato) y ácido 1,4-bencenodicarboxílico en agua desinonizada. La reacción se efectúa bajo presión a 220 °C. En contraste con otros materiales estructurales organometálicos, aquí se muestra que el ligando usado como compuesto 35 orgánico en la preparación no solo aparece como pieza estructural en el material estructural organometálico, sino que además se mantiene como ligando en los poros del material estructural. Este enlazamiento adicional del ligando en el material estructural organometálico típicamente no tiene lugar en materiales estructurales similares que están compuestos de metales de transición. Para solucionar este problema Loiseau et al. proponen calentar el material hasta que se remueva el ligando atrapado en los poros. Este procedimiento tiene la desventaja de que la propia síntesis sebe 40 seguirse por un paso de pos-procesamiento que implica parcialmente mucho trabajo y es estricto y el cual es fuertemente dependiente de la presión de ebullición y de evaporación del ligando. En el caso de ligandos con un particularmente alto punto de ebullición, este procedimiento también puede fallar completamente

Z. Lin et al., Inorganic Chemistry 44 (2005), 73-76 describen un material estructural organometálico en el que indio forma el componente metálico y como compuesto orgánico se usa ácido 1,3,5-bencenotricarboxílico. Como solvente 45 aquí también se usa agua. Además, Lin et al. indican que debe adicionarse un gran exceso de una base (piridina) a la reacción para ajustar un pH adecuado.

L. Pan et al., Inorg. Chem. 40 (2001), 1271-1283, describen materiales estructurales organometálicos porosos que contienen calcio, estroncio y bario y también proponen el uso de agua o de agua/trietilamina. Como ligando se usa ácido 3,5-pirazoldicarboxílico. 50

Z. Fei et al., Inorg. Chem. 44 (2005), 5200-5202, describen carboxilatos de estroncio-imidazolio.

H. F. Zhu et al., Crystal Growth & Design 5 (2005), 177-182 describen materiales estructurales organometálicos de calcio y bario con ácido 1,3,5-bencenotricarboxílico en agua. J. Sun et al., Angew. Chem. 114 (2002), 4651-4653 describen entre otras la preparación de tereftalato de indio en DMF. La reacción tiene lugar a presión elevada a 160 °C.

B. Gomez-Lor et al., Inorganic Chemistry 41 (2002), 2429-2432, también describen tereftalato de indio, en cuyo caso la reacción en agua se realiza usando trietilamina como base.

La desventaja al usar agua es la parcialmente mala solubilidad del compuesto orgánico en agua así como los rendimientos obtenidos frecuentemente bajos de material estructural y/o su baja superficie específica.

Otra desventaja se encuentra en el uso de alta presión. Aquí el gasto alto en el equipo no permite en la mayoría de 5 casos revolver para mezclar las sustancias individuales de partida para preparar el material estructural organometálicos.

De esta manera aún existe la necesidad de procesos mejorados para la preparación de materiales estructurales organometálicos porosos en los que el componente metálico es un metal del segundo o tercer grupo principal del sistema periódico.

El objetivo de la presente invención consiste en suministrar un proceso mejorado para la preparación de tales materiales 10 estructurales porosos.

El objetivo se logra mediante un proceso para la preparación de un material estructural organometálico poroso, el cual comprende el paso de reacción de al menos un compuesto metálicos con al menos un compuesto orgánico al menos bidentado, el cual puede enlazarse de manera coordenada al metal, en presencia de un solvente orgánico no acuoso, donde el metal es BeII, MgII, CaII, SrII, BaII, AlIII, GaIII o InIII y donde el compuesto orgánico tiene al menos dos átomos 15 de manera respectivamente independiente seleccionados del grupo que se compone de oxígeno, azufre y nitrógeno, por los cuales el compuesto orgánico puede enlazarse al metal de forma coordenada, en cuyo caso la reacción se efectúa revolviendo y a una presión de máximo 2 bar (absoluta) y en cuyo caso después de la reacción se efectúa una paso de calcinación a más de 250°C.

Se ha encontrado precisamente que mediante el uso de un solvente orgánico no acuoso y las condiciones mencionadas 20 adicionalmente es posible una preparación al menos parcialmente más eficiente de un material estructural organometálico poroso, la cual hace posible un escalamiento ("scale up") particularmente sencillo.

Entre otras, una ventaja es que la reacción puede tener lugar revolviendo, lo cual también ventajoso en el escalamiento (scale-up).

La reacción se efectúa a una presión de máximo 2 bar (absoluta). La presión alcanza preferentemente máximo 1230 25 mbar (absoluta). En particular, la reacción tiene lugar preferiblemente a presión atmosférica.

La reacción puede realizarse a temperatura ambiente. Sin embargo, esta tiene lugar a temperaturas por encima de la temperatura ambiente. La temperatura es preferentemente de más de 100°C. Aún más, la temperatura es preferiblemente de máximo 180°C y más preferible de máximo 150°C.

De manera típica, los materiales estructurales organometálicos arriba mencionados se preparan en agua como solvente 30 usando una base más. Esto sirve en particular para que al usar un ácido carboxílico polivalente como compuesto... [Seguir leyendo]

1. Proceso para la preparación de un material estructural organometálico poroso que contiene el paso de reacción de al menos compuesto metálico con al menos un compuesto al menos bidentado, el cual puede enlazarse al metal de manera coordenada, en presencia de un solvente orgánico no acuoso, en cuyo caso el metal es BeII, MgII, CaII, SrII, BaII, AlIII, GaIII o InIII y en cuyo caso el compuesto orgánico tiene al menos dos átomos, seleccionado cada uno de 5 manera independiente del grupo que se compone de oxígeno, azufre y nitrógeno, por los cuales puede enlazarse el compuesto orgánico al metal de manera coordenada, en cuyo caso la reacción se efectúa revolviendo y a una presión de máximo 2 bar (absoluta) y en cuyo caso después de la reacción se efectúa un paso de calcinación a más de 250°C.

2. Proceso según la reivindicación 1, caracterizado porque la reacción se realiza máximo a 1230 mbar (absoluta), preferentemente a presión atmosférica. 10

3. Proceso según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la reacción se efectúa sin base adicional.

4. Proceso según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el compuesto orgánico al menos bidentado es un ácido di-, tri- o tetracarboxílico.

5. Proceso según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el metal es AlIII.

6. Proceso según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el solvente orgánico no acuoso es un alcanol 15 de C1-6, DMSO, DMF, DEF, acetonitrilo, tolueno, dioxano, benceno, clorobenceno, MEK, piridina, THF, acetato de etilo, alcano de C1-200 opcionalmente halogenado, sulfolano, glicol, NMP, gamma-butirolactona, alcoholes alicíclicos, cetonas, ciclocetonas, sulfoleno o una mezcla de los mismos.

7. Proceso según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque después de la reacción el material estructural formado se somete a post-tratamiento con un solvente orgánico. 20

8. Proceso según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el compuesto de metal es no iónico y/o el contraión para el catión de metal se deriva de un solvente prótico.

9. Material estructural organometálico poroso que puede obtenerse de un proceso según una de las reivindicaciones 1 a 8.

10. Uso de un material estructural organometálico poroso según la reivindicación 9 para la absorción de al menos una 25 sustancia con el propósito de su almacenamiento, separación, desprendimiento controlado o reacción química y como material de soporte.

11. Uso según la reivindicación 10, caracterizado porque el metal es AlIII o MgII y el material estructural sirve para el almacenamiento de hidrógeno.