I polimeri di coordinazione (CP) sono composti da ioni o cluster metallici uniti a ligandi organici tramite legami di coordinazione o interazioni supramolecolari. Questi materiali presentano una struttura altamente ordinata, con entità di coordinazione ripetute che possono estendersi in dimensioni unidimensionali, bidimensionali o tridimensionali. Combinano caratteristiche uniche, sia dei polimeri che dei composti di coordinazione.
Origini e sviluppo
Indice Articolo
Seppur noti fin dagli anni ’60, i polimeri di coordinazione hanno attirato l’attenzione della comunità chimica solo dopo che il chimico australiano Richard Robson ha documentato le strutture cristalline di diversi polimeri di coordinazione porosi (PCP). Queste strutture possiedono capacità di scambio ionico, rivitalizzando il dominio della chimica dei polimeri di coordinazione.
I polimeri di coordinazione possono essere progettati per formare architetture porose, conosciute come Metal-Organic Frameworks (MOF). Questi materiali possono essere prodotti sia in forma massiva che su scala nanometrica, utilizzando metodi bottom-up o top-down.
Applicazioni e utilizzi
A causa della loro diversità in termini di struttura e composizione, i polimeri di coordinazione trovano applicazione in vari campi, tra cui chimica inorganica e organica, scienza dei materiali, farmacologia ed elettrochimica. Tra le loro applicazioni rientrano l’uso come coloranti commerciali, nella separazione degli idrocarburi e come setacci molecolari e diodi a emissione di luce.
I polimeri di coordinazione possono essere distinti per la loro struttura e composizione in porosi e non porosi. I polimeri di coordinazione porosi (PCP) sono materiali microporosi con una superficie specifica elevata e si suddividono in flessibili e rigidi. Quelli flessibili presentano strutture adattabili che rispondono agli stimoli esterni, mentre i polimeri rigidi hanno strutture non trasformabili.
Un’altra classificazione considera la dimensionalità della struttura: unidimensionale, bidimensionale e tridimensionale. I polimeri unidimensionali si estendono lungo una direzione, mentre quelli bidimensionali hanno legami di coordinazione in due direzioni e quelli tridimensionali in tre.
Per quanto riguarda i centri metallici, gli ioni metallici nei polimeri di coordinazione possono includere lantanidi, i quali hanno un numero di coordinazione che va da 7 a 10. L’inserimento di questi elementi conferisce proprietà fisico-chimiche interessanti e altera significativamente la configurazione strutturale del polimero.
Negli ultimi anni, l’attenzione si è intensificata sulla progettazione di polimeri di coordinazione a base di lantanidi (Ln-Cps) come sensori luminescenti, noti per la loro sensibilità, selettività e rapida risposta. Questi polimeri hanno mostrato promesse come sensori per il rilevamento di diversi anioni e cationi.
In merito agli ioni metallici di transizione, essi vengono impiegati per creare polimeri di coordinazione con varie geometrie, a seconda dell’elemento metallico e della sua valenza. Alcuni metalli, come rame e nichel, sono candidati ideali per applicazioni negli elettrodi di batterie avanzate.
I ligandi svolgono un ruolo cruciale nella formazione di questi polimeri; essi possono essere monodentati o polidentati e forniscono coppie elettroniche solitarie ai cationi metallici. I ligandi monodentati formano un singolo legame, mentre quelli polidentati, in grado di collegare più centri metallici, permettono di costruire strutture polimeriche più complesse.
I ligandi più comunemente utilizzati includono le polipiridine e i policarbossilati, mentre la scelta del ligando influisce sulla struttura finale del polimero di coordinazione. La teoria HSAB, sviluppata da R.G. Pearson, offre una base per comprendere le interazioni tra ligandi e metalli, caratterizzandoli in base alla loro durezza e morbidezza.
Infine, la possibilità di scelta e orientamento dei ligandi contribuisce ulteriormente alla varietà strutturale osservabile nei polimeri di coordinazione, rendendo questo campo della chimica particolarmente affascinante per futuri sviluppi e applicazioni.
