Porowate nanoskalowe struktury pełniące rolę katalizatorów
Porowate polimery cieszą się ogromnym zainteresowaniem, jeśli chodzi o wykorzystanie w separacji gazów, magazynowaniu energii i katalizie. Umożliwiają one produkcję wielofunkcyjnych materiałów o hierarchicznych porowatych architekturach przy pomocy znanych i nieskomplikowanych metod przetwarzania polimerów. Naukowcy podjęli się realizacji finansowanego ze środków UE projektu "Functional microporous organic polymers" (FUNMOPS), aby zsyntetyzować nowe MOP do katalizy. Nanoskalowe MOP są platformą umożliwiającą tworzenie heterogenicznych systemów katalitycznych, w których katalizator znajduje się w innej fazie niż odczynniki. Heterogeniczność oznacza, że katalizator można ponownie wykorzystywać. Badania dotyczą katalizatorów wykonanych ze splecionych MOP, MOP posiadających kwasowe, jak i zasadowe części cząsteczek oraz MOP zawierające fotoinicjatory. Plecione MOP wytwarza się poprzez "plecenie" aromatycznych elementów budulcowych przy pomocy zewnętrznego środka sieciującego oraz niedrogich odczynników. Naukowcy uczestniczący w projekcie FUNMOPS zsyntetyzowali uplecioną sieć ftalocyjaninu chlorku żelaza(III), by następnie dokonać jej kopolimeryzacji przy pomocy benzenu w celu zwiększenia porowatości. Nieoczekiwanie okazało się, że powierzchnia zwiększała się liniowo wraz ze wzrostem zawartości benzenu. Ponieważ ftalocyjanin chlorku żelaza(III) jest znanym katalizatorem utleniania, naukowcy przetestowali sieć benzenową i uzyskali doskonałe utlenianie i wydajność, a także chemoselektywność. Sukcesem zakończyły się także prace związane z katalizą kwasową w MOP przy użyciu katalizowanej zasadowo reakcji (kondensacji) Knoevenagela benzaldehydu z malononitrylem. Zespół uzyskał konwersję na poziomie 96% przy selektywności powyżej 99%, używając sprzężonych mikroporowatych polimerów funkcjonalizowanych grupami aminowymi jako heterogenicznych katalizatorów, które z powodzeniem wtórnie wykorzystano. Zespół dowiódł także przydatności tańszych sieci plecionych do katalizowanej zasadowo reakcji Knoevenagela. Na koniec zespół przeprowadził syntezę MOP zawierających sztywny aromatyczny fotoinicjator tioksanton. Tak jak w przypadku plecionych MOP, naukowcy wytworzyli MOP poprzez kopolimeryzację tioksantonu z innym wysoce wydajnym monomerem porowatym. Sieci te z powodzeniem wykorzystano do wolnorodnikowej fotopolimeryzacji polimetakrylanu metylu. MOP można by ponadto wtórnie wykorzystać bez znaczącej utraty aktywności. Projekt FUNMOPS wniósł istotny wkład w rozwój badań nad polimerami i katalizatorami, które mają ogromne znaczenie dla społeczeństwa i gospodarki. Nadające się do wtórnego wykorzystania MOP o wysokiej wydajności i selektywności oraz przydatności do reakcji przemysłowych pozwolą podnieść konkurencyjność licznych producentów wytwarzających wyroby w oparciu o katalizę.
