Stalowe organiczne szkielety (ang. metal-organic frameworks), czyli MOFs, stanowią klasę krystalicznych materiałów porowatych1. MOFs są zbudowane z jonów metali lub klastrów jonów metali, często określanych jako wtórne jednostki budulcowe (SBU), oraz wielotopicowych łączników organicznych, co tworzy dwu- i trójwymiarowe struktury sieciowe2. W ciągu ostatnich trzech dekad MOFs były intensywnie badane ze względu na ich potencjalne zastosowanie w magazynowaniu gazów3 i ich separacji4, biomedycynie5 oraz katalizie6. Zdecydowana większość opisanych MOFs składa się z węzłów metalicznych o wysokim stopniu utlenienia i twardych, anionowych łączników donacyjnych, takich jak karboksylowe2. Jednak wiele katalizatorów jednorodnych wykorzystuje miękkie metale niskowartościowe w połączeniu z miękkimi ligandami donacyjnymi, takimi jak fosfiny7. Zatem rozszerzenie zakresu MOFs zawierających niskowartościowe metale może zwiększyć liczbę transformacji katalitycznych, w których można zastosować MOFs.
Ustalone strategie wprowadzania metali o niskiej wartościowości do MOF-ów z wykorzystaniem osadzonych miejsc z miękkimi donorami mają ograniczony zakres i zmniejszają wolną objętość porów struktury macierzystej MOF6,8,9,10. Alternatywnym podejściem jest bezpośrednie wykorzystanie metali o niskiej wartościowości jako węzłów lub jednostek SBU w połączeniu z wielotopicznymi ligandami z miękkimi donorami pełniącymi rolę łączników do budowy MOF. Strategia ta nie tylko zapewnia wysoką zawartość centrów metali o niskiej wartościowości w MOF, ale może również ograniczyć lub zapobiec wymywaniu metalu do roztworu dzięki stabilności struktury szkieletu11. Na przykład Figueroa i współpracownicy wykorzystali wielotopiczne ligandy izocyjankowe jako łączniki z miękkimi donorami oraz Cu(I)12 lub Ni(0)13 jako węzły metaliczne o niskiej wartościowości do wytworzenia dwu- i trójwymiarowych MOF-ów. Podobnie Pederson i współpracownicy zsyntetyzowali MOF-y zawierające węzły metali grupy 6 o wartościowości zero, używając pirazyny jako łącznika14. Niedawno nasze laboratorium opisało zastosowanie tetratopicznych ligandów fosfinowych jako łączników do budowy MOF-ów zawierających węzły Pd(0) lub Pt(0) (Rysunek 1)15. MOF-y te są szczególnie interesujące ze względu na powszechność kompleksów metali o niskiej wartościowości z ligandami fosfinowymi w katalizie homogenicznej7. Niemniej jednak, MOF-y o niskiej wartościowości (LVMOF) jako ogólna klasa materiałów są stosunkowo słabo zbadane w literaturze dotyczącej MOF, lecz wykazują duży potencjał w zastosowaniach w katalizie heterogenicznej w takich reakcjach jak sprzęganie azydku z alkinem16, sprzęganie Suzuki-Miyaury17,18, uwodornienie17 i inne11.

Rysunek 1: Synteza LVMOF z wykorzystaniem łączników fosfinowych. Sikma i Cohen15 opisali syntezę trójwymiarowych LVMOF, E1-M, wykorzystując tetratopowe ligandy fosfinowe, E1, jako łączniki, Pd(0) i Pt(0) jako węzły oraz trifenylofosfinę jako modulator. Atom centralny, E, może być Si lub Sn. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
Choć różnice w naturze łączników i węzłów LVMOF mogą nadawać im unikalne właściwości w porównaniu z konwencjonalnymi materiałami typu MOF, różnice te wprowadzają również wyzwania syntetyczne. Na przykład wiele prekursorów metali i łączników powszechnie stosowanych w literaturze dotyczącej MOF może być używanych w obecności powietrza2. W przeciwieństwie do tego, pomyślna synteza LVMOF opartych na fosfinach wymaga wykluczenia zarówno powietrza, jak i wody15. Podobnie typy modulatorów stosowanych w celu zwiększenia krystaliczności oraz rozpuszczalniki używane w syntezie LVMOF opartych na fosfinach są nietypowe w porównaniu z tymi, które pojawiają się w większości literatury na temat MOF15. W rezultacie synteza tych materiałów wymaga sprzętu i technik eksperymentalnych, z którymi nawet doświadczeni chemicy specjalizujący się w MOF mogą być mniej zaznajomieni. Dlatego też, w celu zminimalizowania wpływu tych przeszkód, przedstawiono tutaj metodę krok po kroku dla syntezy tej nowej klasy materiałów. Opisany tutaj protokół obejmuje wszystkie aspekty syntezy LVMOF opartych na fosfinach, w tym ogólną procedurę eksperymentalną, techniki beztlenowe, wymagany sprzęt, odpowiednie przechowywanie i obchodzenie się z LVMOF oraz metody charakterystyki. Omówiono również dobór prekursora metalu, modulatora i rozpuszczalnika. Ułatwienie wejścia nowych badaczy w tę dziedzinę pomoże przyspieszyć odkrywanie nowych LVMOF i powiązanych materiałów do zastosowań w katalizie.