reticolo metallorganico

reticolo metallorganico

retìcolo metallorgànico locuz. sost. m. – In chimica, composto cristallino costituito da una rete di ioni metallici interconnessi da leganti organici bi- o polidentati. La struttura di un r. m. è costituita da una successione virtualmente infinita (almeno in una dimensione dello spazio) del tipo -L-M-L-, dove M è il nucleo metallico e L il legante organico (detto linker), con M ed L connessi tra loro mediante forti legami di tipo covalente. Oltre che da ioni metallici nudi, i nuclei metallici possono essere costituiti da complessi e clusters metallici. I r. m. appartengono alla categoria dei solidi cristallini ibridi organico-inorganici, costituiti da un reticolo composto in parte da unità inorganiche e in parte da unità organiche. Sono indicati anche con l'acronimo MOF (Metal-organic framework) e denominati talvolta, con termine più generico, strutture metallorganiche. Il campo di studio dei r. m. rappresenta uno sviluppo e un'estensione allo stato cristallino della chimica dei composti di coordinazione, ed è uno dei settori della ricerca chimica in maggiore espansione all'inizio del 21° secolo. I MOF sono un'evoluzione dei cosiddetti polimeri di coordinazione, polimeri inorganici studiati sin dagli anni Sessanta del 20° sec., contenenti spesso il gruppo cianuro (-CN-) come gruppo legante di raccordo. In alcune classificazioni i due termini sono usati scambievolmente, mentre in altre sono considerati polimeri di coordinazione solamente i sistemi nei quali i legami tra le unità organiche e quelle inorganiche sono più deboli. Il grande interesse attuale per i r. m. risiede in due caratteristiche fondamentali: l'elevata porosità di questi materiali, nei quali lo spazio vuoto può arrivare fino al 90% del volume  complessivo, con un'estensione totale delle superfici interne anche maggiore di 6000 m²/g; la possibilità di progettare strutture di enorme varietà assemblando unità inorganiche e organiche opportunamente selezionate in modo da regolare la dimensione dei pori e le funzionalità chimiche delle loro superfici e, quindi, le proprietà di adsorbimento verso specie chimiche diverse. Le unità strutturali dei r. m. mantengono la loro identità nel cristallo e possono essere usate alla stregua di moduli componibili per edificare un reticolo esteso, caratterizzato da topologie complesse e talvolta affascinanti. Come unità metalliche sono spesso impiegati ioni di metalli di transizione, i cui numeri di coordinazione variano tipicamente tra 2 e 7, con orientamenti che possono dare origine a varie geometrie: per es. a T, a Y, tetraedrica, quadrato-planare, piramidale, ottaedrica, bipiramidale. Numeri di coordinazione più elevati e geometrie più complesse si ottengono con i lantanidi. Tra i linker organici, i più comuni contengono gruppi carbossilato o composti eterociclici azotati (bipiridine, imidazoli, triazoli, ecc.). La preparazione dei r. m. richiede in genere condizioni blande e può essere realizzata mediante comuni processi di sintesi chimica o con tecniche meno convenzionali, per es. con l'ausilio di ultrasuoni, microonde e metodi meccanochimici. Le proprietà chimiche delle superfici interne possono essere modificate anche dopo la sintesi introducendo opportuni gruppi funzionali. In virtù delle loro caratteristiche, i r. m. sono considerati molto promettenti per varie applicazioni: in campo energetico, si è dimostrato che possono immagazzinare grandi quantità di idrogeno, metano e altri idrocarburi; in campo ambientale, possono essere usati per catturare molecole inquinanti e, inoltre, per sequestrare l'anidride carbonica; in catalisi, sono stati preparati r. m. capaci di promuovere, per es., reazioni di sintesi asimmetrica; nel settore chimico-industriale, possono essere usati per processi di separazione, con efficienza confrontabile con quella dei materiali tradizionali (zeoliti, carboni attivi). In alcuni r. m, alle proprietà di adsorbimento si uniscono interessanti caratteristiche ottiche, che rendono questi materiali promettenti come sensori chimici. In corso di studio è, inoltre, la possibilità di usare r. m. per il rilascio controllato di farmaci.