From polycatenanes to discrete metal organic cages using 2,4,6-tris-(4pyridyl)benzene (TPB) ligand

Hybrid metal-organic porous materials such as metal-organic frameworks (MOFs) and metal-organic cages (MOCs) have drawn great attention in research thanks to the wide range of applications they can be used, such as gas adsorption, separation, catalysis, molecular recognition, water purification. This upsurge in such materials is because MOFs and MOCs can be designed to have certain physico-chemical properties through the proper choice of precursors and synthetic conditions. This thesis deals with the literature research review focusing on the formation of the little explored catenanes formed by the interlocking of large icosahedral metal organic cages. First, a brief introduction of MOFs, including the various dimensionalities from 3D to 1D they can adopt is given. An introduction to 0D MOCs with early examples given by Fujita and coworkers serves to introduce the work carried out, and currently being done in the OSCMLab. Exploiting the aromaticity of the exo-tridentate ligand tris-pyridyl benzene (TPB) and Zn(II), with particular interest in the synthesis of poly-[n]-catenanes self-assembled of interlocked TPB nanocages both in the solution and in the solid-state is the main focus of this thesis which describes actual research in the OSCMLab in this type of functional materials.

Materiali porosi composti sia da metalli che da composti organici come i Metal-Organic Framework (MOF) e le Metal-Organic Cage (MOC) hanno attirato molta attenzione nell’ambito della ricerca per via della grande varietà di applicazioni nelle quali questa tipologia di materiali posso essere utilizzati, come l’assorbimento di gas, la separazione, la catalisi, il riconoscimento di molecole, la purificazione dell’acqua. L’interesse in questi materiali è dovuto alla possibilità di ingegnerizzare la struttura finale sia dei MOF che dei MOC attraverso un’adeguata scelta dei precursori e le condizioni di sintesi per ottenere specifiche proprietà chimiche-fisiche del materiale. Questa tesi vuole essere una review dello stato dell’arte sulla formazione di catene ottenute attraverso l’incastro di grandi MOC icosaedriche. Inizialmente verrà fatta una breve introduzione sui MOF e le varie dimensioni che questi possono avere, da 3D a 1D. Un’introduzione alle MOC 0D con esempi di MOC sintetizzate da Fujita et al. servirà ad introdurre il lavoro fatto e attualmente portato avanti in OSCMLab al Politecnico di Milano. Sfruttando l’aromaticità del ligante tris-piridil benzene (TPB) e dello Zn(II), ci si focalizzerà sulla sintesi di policatene composte da MOC ad incastro, sia in soluzione che allo stato solido, descrivendo la ricerca attuale portata avanti nel OSCMLab riguardo questa particolare classe di materiali funzionali.