Materiales Metal-Orgánicos basados en metales del bloque-d y ligantes mixtos: síntesis, caracterización y fotocatálisis

Abstract

El presente trabajo de tesis doctoral se fundamenta en la síntesis y análisis estructural de nuevas redes metal-orgánicas (MOF por sus siglas en inglés), los cuales son estructuras extendidas construidas a partir de iones metálicos y ligantes orgánicos, en los cuales los ligantes orgánicos pueden ser funcionalizados para impartir especificidad. Por lo que, se sintetizaron materiales con estructuras metalorgánicas y polímeros de coordinación, compuestos por ligantes dicarboxílicos como el ácido ciclobutano-1,1´-dicarboxílico (cbdc), el ácido ciclohexano-1,1´- dicarboxílico (chdc), ácido trans,trans-mucónico (6ndic) y ligantes puente derivados de bipiridinas como la 4,4´-trimetilenbipiridina (tmbp), la 4,4´-bipiridina (4-bipy), 1,2´- Bis(4-piridil) etano (bpe), y 5,5´-dimetil-2,2´-bipiridina (dmb). En este trabajo se utilizaron como iones centrales los metales Mn(II), Co(II), Cu(II), y Zn(II). Lo anterior, a través de reacciones de autoensamble, mediante reacciones en solución acuosa sencillas, de un solo paso, y bajo condiciones ambientales. Los compuestos obtenidos se caracterizaron estructuralmente por difracción de rayos-X de monocristal, análisis elemental, y espectroscopia IR. Se obtuvieron tres polímeros de coordinación con el ion Mn(II): [Mn2(μ2-η1:η1-cbdc)2(μ-4-bipy)2(H2O)2]n (1), [Mn2(μ2-η1:η1-cbdc)2(μ-tmbp)2(H2O)]n ·EtOH (2), [Mn (μ2-η1:η1-cbdc) (μ-bpe) (H2O)]n (3); los cuales presentaron geometrías octaédricas con estructuras 3D para 1 y 2 y 2D para 3. Se sintetizaron dos compuestos de Cu(II): [Cu3(cbdc)2(bpe)4 (MeOH)]·(H2O)(MeOH)3 (4) y [Cu3 (chdc) 2(tmbp) 2(MeOH)] · (MeOH) (5), donde ambos exhibieron estructuras poliméricas 2D. También se logró la síntesis de 4 compuestos de Zn(II): [Zn(cbdc)(tmbp)] · (H2O) (6), [Zn(H2O)(cbdc)(tmbp)] · (DMF) (7), [Zn(H2O)(cbdc)(tmbp)] (8), y [Zn(cbdc)(tmbp)] · (EtOH) (9) de los cuales 6 y 8 muestran expansiones poliméricas 2D y 7 y 9 tienen expansiones poliméricas 3D. Se realizó un análisis preliminar de la potencial propiedad fotocatalítica del compuesto 4 en la degradación de naranja de metilo en agua. También se determinó el band gap de algunos compuestos, siendo el compuesto 3 el que mejor resultado mostró para futuras aplicaciones fotocatalíticas. Adicionalmente se estudiaron las propiedades magnéticas de los compuestos 1 y [Co2(H2O)4(dmb)2(muc)][muc] (10).