Хіміки з Китаю і США отримали перший ковалентний органічний каркас зі структурою як у неорганічних цеолітів. Речовина виявилася термостабільною і стійкою до дії кислот і лужів, а довжина пір у каркасній структурі сягала 16 нанометрів. Дослідження опубліковано в журналі.
Цеоліти - неорганічні з'єднання з пористою структурою. Вони складаються з алюмосилікатів лужних і лужноземельних металів, а основний мотив їх структури - тетраедричні фрагменти з атомами кремнію і алюмінію в центрі тетраедра і атомами кисню в його вершинах. Довжина пір у цеолітах рідко перевищує один нанометр, і в них поміщаються тільки невеликі молекули. На цьому засновано одне із застосувань цеолітів у лабораторії - їх додають у реакційні судини, якщо потрібно пов'язувати воду, що утворюється в реакції.
Щоб розширити можливості застосування цеолітів, хіміки навчилися робити їх металорганічні аналоги. У них атоми перехідних металів знаходяться в центрі тетраедрів, а вершини займають ліганди на основі імідазолу. Розмір пір у таких структурах зазвичай більший, ніж у неорганічних цеолітах, але вони набагато менш стабільні термічно і хімічно. Координаційні зв'язки в металорганічних цеолітах, як правило, більш слабкі, ніж іонні зв'язки в неорганічних.
Піти ще далі і отримати повністю органічні аналоги цеолітів вирішили хіміки під керівництвом Фан Цяньжуна (Fang Qianrong) з Цзіліньського університету. Вони вибрали дві органічні сполуки з жорсткою тетраедричною структурою, причому одне з них містило чотири аміногрупи, а інше - чотири альдегідні групи, і провели реакцію конденсації. У ній вийшло з'єднання з каркасною структурою, яку вчені почали розшифровувати.
Спочатку за допомогою ВК-спектроскопії хіміки з'ясували, що в реакції, як вони і хотіли, утворилися подвійні зв'язки вуглець-азот. З'єднання з такими зв'язками утворюються при конденсації амінів з альдегідами, а називають їх підставами Шиффа. Остаточно вчені розшифрували структуру за допомогою експериментів з електронної дифракції. Виявилося, що тетраедричні фрагменти в ковалентному органічному цеоліті збираються в вершини кубів, які утворюють вкладені один в одного сітки.
Термогравіметричний аналіз показав, що отримана речовина стабільна при нагріванні до 300 градусів Цельсія. Більш того, воно не розкладалося ні в органічних розчинниках, ні в сильнокислих або лужних водних розчинах.
Розрахований на основі експериментів з адсорбції максимальний діаметр пор органічного цеоліту склав близько 1,6 нанометра, а питома поверхня - 2785 квадратних метрів на грам. Це рекордне значення серед подібних металорганічних і неорганічних структур. Також хіміки помітили, що їхня речовина може поглинати до 223 кубічних сантиметрів водню на грам (близько двох масових відсотків).
Пористі каркасні структури часто використовують для селективної адсорбції газів. Раніше ми розповідали про те, як хіміки отримали метал-органічний каркас, здатний селективно адсорбувати діоксид азоту і діоксид сірки з газових сумішей.