Estudio de polímeros de coordinación porosos que presenten transición de espín

Abstract

En el presente trabajo se realizó una investigación exhaustiva en polímeros de coordinación porosos (PCPs) capaces de expresar un comportamiento multifuncional gracias a las interacciones anfitrión-huésped, produciendo cambios en las propiedades físicas tales como color, conductividad, fluorescencia, magnetismo, entre otras. De esta manera, se estudió la posibilidad de modular propiedades físicas como la transición de espín o SCO (spin crossover) en PCPs frente a la adsorción/desorción dinámica de analitos. Los polímeros con transición de espín presentan dos estados de espín intercambiables de forma reversible, controlable y detectable como respuesta a estímulos externos como temperatura, irradiación de luz, presión e inclusive por la sorción de moléculas huéspedes. El fenómeno de SCO conlleva a cambios estructurales en sus propiedades macroscópicas como el magnetismo, el color, entre otras. Por lo tanto, el estudio y desarrollo de nuevos PCPs que exhiban el fenómeno de SCO podría ser un método adecuado para la búsqueda de nuevos materiales multifuncionales con posibles aplicaciones tecnológicas. La correcta elección de los componentes básicos de un PCPs, catión metálico y ligante, serán cruciales no solo en la topología sino también en las propiedades que tendrá el sistema. Así, el centro metálico debe ser uno que pueda presentar la transición de espín, como es el caso de los sistemas basados en cetros de Fe(II) con geometría octaédrica. Por su parte, los ligantes que se emplean deben generar conectividades adecuadas para otorgar un campo cristalino adecuado en torno al catión central y así favorecer transiciones de espín. Sumado a esto, el ligante debe servir como espaciador para generar la porosidad necesaria para albergar moléculas huésped, y así, poder estudiar el potencial efecto que tendrá la interacción huésped-anfitrión en el fenómeno de transición de espín En este contexto, los PCPs tipo Hofmann, {Fe(L)[M(CN)n]}⸱nG, corresponden a redes heterometálicas formadas por Fe(II), un ligante puente L y cianometalatos de cationes de transición. Se analizaron tres redes de Hoffman {Fe(pz)[Pt(CN)4]}⸱nG, {Fe(4,4’-bipiridina)[Au(CN)2]2}n∙nG y {Fe(II)(pina)[M(I)(CN)2]2}⸱xMeOH, los cuales fueron obtenidos por tres ligantes diferentes: pirazina, 4,4’-bipiridina y ligante N-(piridil-4-il)isonicotinamida. Usando estos tres sistemas se analizará el efecto que tiene la longitud y complejidad de ligante en el fenómeno de transición de espín y como la interacción con moléculas huéspedes puede ser una potencial estrategia para generar nuevos materiales que respondan a su entorno.

The following work presents a review of porous coordination polymers (PCPs) capable of expressing multifunctional properties due to host-host interactions, producing changes in physical properties such as color, conductivity, fluorescence, magnetism, among others. In this way, the possibility of modulating the physical property of spin crossover (SCO) in PCPs dependent the dynamic sorption of analytes was studied. PCPs with SCO present two interchangeable spin states in a reversible, controllable, and detectable way in response to external stimuli such as temperature, light irradiation, pressure and even by the sorption of host molecules. The SCO phenomenon involves changes in structural and macroscopic properties such as magnetism and color, among others. Therefore, the study and development of new PCPs that exhibit the SCO phenomenon could be a suitable method for the research in new multifunctional materials with possible technological applications. The correct choice of the basic components of a PCPs, metal cation and ligand, will be crucial not only in the topology of the structures but also in the properties that the system will present. Thus, the metallic center must present the spin transition, as is the case of systems based on Fe(II) with octahedral geometry. On the other hand, the used ligands must generate the right connectivity to provide an adequate crystalline field around the central cation and thus favor spin transitions. In addition, the ligand must serve as a spacer to generate the necessary porosity to locate host molecules, and thus produce a material to study the impact of the host-guest interaction into the spin transition phenomenon. In this context, the Hofmann PCPs, {Fe(L)[M(CN)n]}⸱nG, correspond to heterometallic networks formed by Fe(II), an L bridging ligand and cyanometalates of transition cations. Three Hoffman networks were analyzed {Fe(pz)[Pt(CN)4]}⸱nG, {Fe(4,4'-bipyridine)[Au(CN)2]2}n∙nG and {Fe(II)(pine)[M(I)(CN)2]2}⸱xMeOH, which were obtained by three different ligands: pyrazine, 4,4'-bipyridine and N-(pyridyl-4-yl)isonicotinamide. Using these three PCP, the spin transition properties was analyzed showing that host-guest chemistry can be a potential strategy to generate new materials that respond to their environment.