Síntesis y caracterización de mallas moleculares basadas en redes de lantánidos con ácidos carboxílicos y aminas aromáticas

Abstract

En este trabajo se sintetizaron estructuras tipo redes bi y tridimensionales, con características microporosas a partir de elementos lantánidos y ácidos carboxílicos. Con el fin de poder controlar el tipo de redes a producirse, los ácidos utilizados fueron escogidos de tal forma que se comportaran como ligandos polidentados y permitieran uniones entre las moléculas individuales de los complejos para formar así oligómeros, polímeros y consecuentemente redes bi y tridimensionales. Los elementos lantánidos utilizados fueron: Neodimio (Nd), Gadolinio (Gd), Holmio (Ho), Erbio (Er), Iterbio (Yb) y también Itrio (Y). Los ácidos carboxílicos que se emplearon como ligantes fueron: tíglico, crotónico, crocónico, itacónico, y málico. Las bases utilizadas como agentes directores estructurales y de estabilidad fueron: 2,2´-bipiridina, 2,2´-bipiridil amina, 4,4´-bipiridina y etilendiamina. Se utilizaron principalmente como métodos de síntesis: la síntesis directa (convencional a reflujo) y la síntesis hidrotermal. Esta última dio resultados completamente idénticos a los obtenidos por la síntesis convencional. Las estructuras cristalinas y moleculares de los compuestos discutidos se determinaron por medio de difracción de rayos X de monocristal, ya que la mayoría de los compuestos pudieron ser obtenidos en forma de monocristal. Por esto la difracción de polvos sólo se utilizó para verificar la naturaleza porosa. Se midieron las propiedades térmicas de los productos por el método de análisis termogravimétrico, para ver las estabilidades a diferentes temperaturas. Esto permitió estudiar diversas aplicaciones posibles. También se hicieron isotermas de absorción de gases, y medidas de susceptibilidad magnética en función de la temperatura. Adicionalmente y como parte complementaria del trabajo, se realizaron ensayos para medir la actividad catalítica de las mallas producidas. Los ensayos se realizaron en un sistema de catálisis homogénea en la reacción de polimerización de etileno. Dado que estos resultados son bastante prometedores, es posible pensar en aplicaciones en el área de la química de materiales en el diseño de nuevos catalizadores, aprovechando las propiedades coordinantes de los elementos lantánidos.

In this doctoral work, a series of synthesis have been made aiming to produce bi-dimensional and three-dimensional neworks, with microporous properties, starting from lanthanids and carboxilic acids. In order to control the kind of network to be produced, carboxylic acids where choose in such a way that they could behave in a polydentate fashion so they allow connections between individual molecules of the complexes, to generate in its turn olygomers, polymers and consequently lead to the formation of a three-dimensional network. The lanthanide elements used are: Neodymium (Nd), Gadolinium (Gd), Holmium (Ho), Erbium (Er), Ytterbium (Yb) and Yttrium (Y). The carboxylic acids that where used as ligands are: tiglic acid, crotonic acid, croconic acid, itaconic acid and malic acid. Also the organic bases used as structure directing agent and framework stabilization agent were: 2,2´-bipyridine, 2,2´-bipyridil amine, 4,4´-bipyridina and ethylendiamine. Two different synthesis methods where used to generate the desired compounds: direct synthesis (conventional reflux system) and hydrothermal synthesis. The last one gave identical results to the compounds obtained by means of the first method. Crystalline and molecular structures of the reported compounds where determined by means of single crystal X ray diffraction, dew to the fact that almost every compound could be obtained in its crystalline form and allowing to separate very easy the corresponding single crystal to be analyzed. That’s way powder diffraction X ray analysis where used only to verify the porous nature of the compounds. Also, thermal properties of the compounds where measured using the thermogravimetric analysis, in order to study the stability and the maximum decomposition temperature of them. The results allowed studying and proposing diverse possible applications of the most important results. Gas sorption isotherms and magnetic susceptibility curves in function of temperature measurements where made. Additionally and as a complementary part of this work, essays where made to measure and quantify the catalytic activity of the obtained networks. The essays where made over a homogeneous catalysis system in the polymerization reaction of ethylene. The corresponding results are very good and lead us to think in applications in the field of chemistry of materials in the design of new kind of catalyst compounds taking advantage of the coordinative properties of lanthanide group of elements.