Estudio espectroscópico de novedosos compuestos de coordinación en base a imidazoles y cinc (II)

Abstract

La siguiente investigación para obtener el título profesional de Químico fue enfocada en la síntesis, y caracterización de las propiedades térmicas y ópticas de compuestos tipo ZIF homolépticos e híbridos usando ligandos comunes como es el imidazol y el 2-metil-imidazol y un ligando inédito en el desarrollo de ZIF como es el 2-fenil-imidazol. La obtención de estos materiales fue mediante una metodología optimizada basada en el método de síntesis asistida en microondas y el método solvotermal, usando como solvente acetonitrilo como reemplazo al DMF. El estudio se enfocó en tratar de entender cómo los distintos ligandos, con distintos grados de aromaticidad, afectan en las propiedades térmicas y ópticas con tal de aprender a modular y por tanto diseñar compuestos novedosos a partir de modificar ZIF clásicos como son el ZIF-4 y ZIF-8. Las caracterizaciones orientadas a corroborar la formación de los 5 compuestos objetivos fueron estudios de difracción de rayos-X de monocristal, difracción de rayos-X de polvo, espectroscopias FT-IR, 13C-RMN, y 1H-RMM, las que en conjunto permitieron concluir la obtención de ZIF-8 basado en 2-metilimidazol (Zn(2mIm)2) y la creación de 4 compuestos novedosos, uno basado en el imidazol (Zn(Im)(HIm)2(NO3), en 2-fenilimidazol Zn(2phIm)2, y dos ZIF híbridos Zn(2mIm)3(2phIm), y Zn(Im)3(2phIm). Mediante los estudios de termogravimetría se demostró que la estabilidad térmica de los compuestos ZIF no se ve afectada por el tamaño o aromaticidad del ligando, y respecto a las propiedades ópticas se demostró que gracias al desplazamiento batocrómico inducido por el anillo aromático del sustituyente fenilo se puede obtener una serie de compuestos ZIF cuya emisión sea en el rango de los azules, los verdes, y los híbridos emisiones en el rango del cian.

The present research was focused in the synthesis, characterization and the analysis of the thermal and optical properties of ZIFs compounds, homoleptics and hybrids using common ligands such as imidazole, 2-methylimidazole and a novel one 2-phenylimidazole, that has not been used in the ZIFs family. The preparation of these compounds was by an optimized procedure using microwave assisted and solvothermal reaction, using acetonitrile as solvent instead of DMF. The main objective of the study was to understand how the diferent imizadole units, with different aromaticity, affects the thermal and optical properties, with the aim to learn how to modulate these properties and therefore to try to design novel compounds by modifying classical samples as ZIF-4 and ZIF-8. The characterizations were performed in order to corroborate the formation of 5 new samples. This was achieved by using single crystal X-ray diffraction, powder X-ray diffraction, and by FTIR, 1H-NMR and 13C-NMR spectroscopies. With all techniques, it is possible to corroborate the obtention of ZIF-8 based on 2-methylimidazole (Zn(2mIm)2) and the creation of 4 new compounds, one based on imidazole (Zn(Im)(HIm)2(NO3), one with 2-fenilimidazol Zn(2phIm)2 and two hybrid ones (Zn(2mIm)3(2phIm) and Zn(Im)3(2phIm)). With the thermogravimetric studies, it was possible to state that the thermal stability of ZIFs compounds is not affected by the size or aromaticity of the imidazole ligand. However, regarding the optical properties of this family of compounds, it was possible to evidence a bathochromic effect imparted by the aromaticity of the ligand, allowing the formation of ZIF compounds with emissions ranging from blue to green in homoleptic samples and cyan tones for hybrid compounds.