WO2011033233A1 - Matériau organique-inorganique zéolithique à base d'imizolates fonctionnalisés, procédé de préparation et applications - Google Patents

Matériau organique-inorganique zéolithique à base d'imizolates fonctionnalisés, procédé de préparation et applications Download PDF

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WO2011033233A1
WO2011033233A1 PCT/FR2010/051938 FR2010051938W WO2011033233A1 WO 2011033233 A1 WO2011033233 A1 WO 2011033233A1 FR 2010051938 W FR2010051938 W FR 2010051938W WO 2011033233 A1 WO2011033233 A1 WO 2011033233A1
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WO
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cho
coordination polymer
group
polymer according
nhr
Prior art date
Application number
PCT/FR2010/051938
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English (en)
Inventor
David Farrusseng
Sonia Aguado
Jérôme CANIVET
Original Assignee
Centre National De La Recherche Scientifique
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Filing date
Publication date
Application filed by Centre National De La Recherche Scientifique filed Critical Centre National De La Recherche Scientifique
Publication of WO2011033233A1 publication Critical patent/WO2011033233A1/fr

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
    • C07F3/00—Compounds containing elements of Groups 2 or 12 of the Periodic Table
    • C07F3/003—Compounds containing elements of Groups 2 or 12 of the Periodic Table without C-Metal linkages

Definitions

  • Zeolitic organic-inorganic material based on functionalized imizolates, process for preparation and applications
  • the invention relates to porous solid materials of the coordination polymer (PC) type, of zeolite structure, having a particular crystalline structure, a process for preparing such PCs and their applications, in particular as molecular sieves.
  • PC coordination polymer
  • the first coordination polymers were described in the 1960s and have since been the subject of an increasing number of publications, a great structural diversity having been attained, as described by Férey G. (L' which chimique, 2007, 304 ). They can form a zeolitic mineral solid phase that acts as a molecular sieve.
  • porous hybrid hybrids with organic-inorganic mixed matrix combine chemical entities and porosity, modulated according to the nature of these entities.
  • organic ligands With organic ligands, the pore size becomes adjustable through the length of the carbon chain of said ligands.
  • the framework which in the case of inorganic porous materials, can accept only a few elements (Si, Al, Ge, Ga, possibly Zn) can, in the case of the porous hybrids with organic-inorganic mixed matrix, accommodate all cations with the exception of alkalis.
  • these porous coordination polymers have a porous, ordered crystalline structure, such as zeolites, for which there is a large quantity of cavities, or pores, of determined diameter.
  • PCs can be used in various applications such as the separation of complex fluids, in catalytic processes, etc.
  • the family of hybrid materials allows for many structures and therefore includes a large number of suitable solids to the applications intended for them.
  • PCs Coordination polymers
  • the ligands used carry nitrogen functions which are cation-bound, more specifically, imidazolate ligands.
  • the PCs formed by the imidazolate ligands constitute a subclass, called "ZIF” (for Zeolite Imidazole Frameworks) by some authors, including Yaghi et al or "ZMOF” (for Zeolite Metal-Organic Frameworks) by some authors including Eddaoudi and al.
  • ZIF Zeolite Imidazole Frameworks
  • ZMOF Zeolite Metal-Organic Frameworks
  • the ligands of the ZMOFs described in WO2006 / 1 16340 comprise carboxylates which participate in the MOF network.
  • J. Xu et al. Inorganic Chemistry Communications 12 (2009) 58-61 discloses an MOF (Metal-Organic Framework) in which the imidazole ligand is substituted with a -CH 2 -NH-Ph-COOH carboxylic group.
  • MOF Metal-Organic Framework
  • the ligand is multifunctional, the carboxylate participating in the MOF network.
  • the inorganic entity acting as a connector can be a single cation, a dimer, trimer or tetramer, or a chain or a plane.
  • the connectors are cations.
  • the compounds of ZIF type are distinguished from other PCs by their cross-linking node of tetrahedral geometries; they have a zeolite structure or similar to those known for zeolites, in particular zeolite framework type structures or types defined according to ⁇ (International Zeolite Assocation) of the sodalite type (SOD or sod) or the rho, Ita, gme, for example.
  • ZIFs are among the most chemically stable PCs. The synthesis and structures of some ZIF type PCs have been described.
  • Liu et al. Chem. Common. 2006, 1488 disclose indium-associated 4-5-imidazodicarboxylic acid, which may have a sod or rho structure.
  • Banerjee et al. Science 2008, 319, 939 disclose imidazole (IM) and its methylated (nIM), ethylated (elM), nitrated (nIM) 2-position or dichlorinated (dCl1M) derivatives in positions 4 and 5 associated with zinc or cobalt. which can give sodalite structures for Zn (mlM) 2 (ZIF-8), Co (nlM) 2 (ZIF-65) and Co (mlM) 2 (ZIF-67).
  • Banerjee R. et al J. Am. Chem. Soc., 2009, 131 (11), 3875-3877 describe, among the ligands nIM, dcllM cnlM, associated with Zn, in particular, can form GME cages, particularly well suited to the adsorption of C0 2 .
  • the substituted imidazolates previously described in particular by Yaghi contain all the above mentioned ingredients. They are difficult to post-functionalize, that is to say that it is not easy to modify the substituent after formation of the CP without denaturing its initial structure. Moreover, their manufacturing cost is often high, which makes their synthesis incompatible with the economic reality of large-scale production. It is also interesting to develop ordered structures with extremely large pore volumes, good thermal stability and adjustable chemical functions.
  • the present invention relates to PCs coordination polymers called SIMs (Substituted Imidazolate Material) based on metal connectors and ligands of imidazolate type of which at least one substituent is an aldehyde function, preferably in position 4 or 5 of the imidazolate group.
  • SIMs Substituted Imidazolate Material
  • the SIMs according to the invention consist of connectors and ligands comprising a plurality of MLM structures in which the connector M is a cation of a metal of the columns VI IB, VI II, IB or MB of the periodic table and L is an imidazolate ligand of formula (I)
  • R 1 , R 2 and R 3 represent, independently of one another, H; a C1-C40 alkyl group, preferably C1-C30, more preferably C1-C12; C 2 -C 40 alkenyl, preferably C 2 -C 3 o, more preferably C 2 -C 12, mono- or polyunsaturated; halogen, preferably chloro; nitro; aryl; heteroaryl; a group -OR or -SR or a group -C (O) R or a group -C (O) NHR or a group -C (S) NHR, in which R represents an alkyl group CrC 40 , preferably d-C 3 , more preferably C 1 C 2 ; or -CHO or - R -CHO,
  • At least one of the groups R 2 and R 3 representing a group -C (O) R, -C (O) NHR, -C (S) NHR, or -CHO or -R-CHO.
  • R 1 , R 2 and R 3 represent, independently of one another, H; a C 1 -C 40 alkyl group, preferably CC 3 0, more preferably C 1 -C 2 ; C 2 -C 40 alkenyl, preferably C 2 -C 3 o, more preferably C 2 -C 12 , mono- or polyunsaturated; halo, preferably chloro; nitro; aryl; heteroaryl; a group -OR 4 , -SR 4 , -C (O) R 4 , -C (O) NHR 4 or -C (S) NHR 4 , in which R 4 represents a CC 40 alkyl group, preferably C1-C30 , more preferably C 1 C 2 ; -CHO or -R 5 -CHO in wherein R 5 represents a C1-C40 alkanediyl radical, preferably C1-C30, more preferably C1-C12, at least one
  • the presence of at least one aldehyde-type substituent on the imidazolate ligands at the 4 or 5 positions confers on the SIMs according to the present invention specific and original properties, which result in advantageous performances, in particular in the adsorption / separation of gas.
  • the different size and polarity of the substituents generate different cavity sizes (steric effect) and polarities (physical effect).
  • the substituents of the imidazolate do not participate in the MOF network. It is also possible to post-modify these imidazolates which has the advantages of modulating SIMs according to their application, especially to catalysis.
  • the SIMs can be prepared as ZIFs, by a solvothermal process or by precipitation, processes which implement, in a solvent medium, precursors of the ligands and connectors.
  • the invention can be prepared, according to the present invention, by a precipitation process. Furthermore, according to another process of the invention and advantageously, they can be prepared in the form of thin layers supported on ceramic objects such as alumina balls. According to another aspect, the invention relates to a ceramic object, in particular a ceramic ball, carrying, in a thin layer, a PC according to the invention or obtained according to one of the methods of the invention.
  • the present invention also relates to a process for the preparation of SI M in which a homogeneous solution of at least one cationic precursor and at least one precursor of the imidazolate ligand comprising at least one substituent of the aldehyde type, of formula (I)
  • R 1 , R 2 and R 3 represent, independently of one another, H; a C1-C40 alkyl group, preferably C1-C30, more preferably C1-C12; C 2 -C 4 o, preferably C 2 -C 3 o, more preferably C 2 -C 12 alkenyl, mono- or polyunsaturated; halogen, preferably chloro; nitro; aryl; heteroaryl; a group -OR 4 , -SR 4 , -C (O) R 4 , -C (O) NHR 4 or -C (S) NHR 4 , in which R 4 represents a C1-C40 alkyl group, preferably C1- C30, more preferably C1-C12; -CHO or -R 5 -C (O) H wherein R 5 represents a C1-C40 alkyl group, preferably C1-C30, more preferably C1-C12,
  • R 1 , R 2 and R 3 representing -CHO or -R 5 -CHO, except where R 1 is -CHO and R 2 and R 3 are H, when M is Zn.
  • the mixture is heated and the compound obtained is recovered. Before recovering the compound obtained, it can be washed and / or dried.
  • At least one post-modification step is carried out. This relates to the modification of the aldehyde function (s) (-R 5 CHO or -CHO).
  • the invention relates to the use of the SIMs of the invention as molecular sieves.
  • the structure of the SIMs according to the invention gives it advantageous properties as molecular sieves, the nature of the imidazolate ligands of the SIMs according to the invention.
  • the production of SI Ms according to the invention can be considered at reduced costs compared to the usual costs for synthesizing PCs.
  • the SIMs have advantageous stability properties.
  • the precipitation process is easier to implement than the usual solvothermal process, and therefore industrial more interesting from an economic point of view.
  • the present invention has significant advantages especially in use as a catalyst. Indeed, the implementation of catalysts in industrial processes requires a shaping step of the latter, handling the catalysts in the form of fine powders being difficult. The handling of fine powders, even pulverulent, on the scale of several tens of kilos or even hundreds of tons is not possible from the point of view of the control of the filling of the reactors and the safety of the personnel (spraying in the environment) .
  • the use of catalyst in the form of fine powders (submillemetric) in fixed beds or columns used in two-phase processes (solid / gas) generates excessive losses of charge and incompatible with their implementation, or improper to the realization of beds and columns.
  • the size and shape given to the catalyst meet chemical engineering criteria.
  • the size can vary from a few millimeters to several tens of centimeters.
  • the shapes can be very varied granules, cylinders, stars, etc.
  • the internal part (the heart) of the catalyst grains does not see reagents.
  • the inner part of the catalyst does not work.
  • part of the reactor volume is not used.
  • the preparation of composite catalytic particles comprising a support on the surface of which a ZIF zeolite material is formed satisfies the above problems.
  • FIG. 1 represents the arrangement forming the Sodalite “cages” (SOD), as well as the structure of two known zeolites (ZIF-8 and ZIF-90), and the sod structure of the SIM-1 compound according to the invention.
  • FIG. 2 represents the X-ray diffractogram of the SIM-1 compound according to the invention and for two known isomorphous compounds (ZIF-8 and ZIF-90) for the purpose of comparison (ntensity u.a. for arbitrary unit intensity).
  • FIG. 3 represents the result of adsorption measurements of carbon dioxide, methane and nitrogen ["adsorption amount” for adsorbed quantity in cm 3 (STP) .g -1 / "Pressure” for pressure in kPa] for SI compound M-1 according to the invention (adsorption: full units ⁇ ⁇ A; desorption: empty patterns o - ⁇ ).
  • Figure 4 is the proton NMR spectrum of the compound SIM-1 dissolved by DCI in DMSO-d6.
  • FIG. 5 shows a schematic sectional view of a thin layer of PC supported on a ceramic ball.
  • FIG. 6 represents in section the surface of a ceramic ball (alumina) on which a ZIF deposit according to the invention SIM-1 is formed.
  • FIG. 7 represents the X-ray diffractogram (obtained in DRXP on Bruker-AXS D5005 with the Cu-Ka1 radiation) of the SIM-1 compound according to the invention just after its synthesis; after 5 hours in boiling water; after 4 weeks of storage in ambient air.
  • the present invention relates to new PCs of the ZIF type, called SIM and having an X-ray diffraction diagram including at least the lines presented in the following table,
  • Valeu rs means nes of d h w and intensities
  • the X-ray diffraction pattern of the crystallized solids SIMs comprises at least the lines at the values d h w given in Table 1.
  • d hk i the mean values of inter-reticular distances in FIG. Angstroms ( ⁇ ).
  • ⁇ the measurement error A (d hk i) of between ⁇ 0.2 and ⁇ 0.008.
  • SIM-1 as well as its postmodified derivatives have a crystalline structure characterized in particular by the X-ray diffraction diagram given in FIG.
  • the crystalline structure of the crystallized SIM solids, in particular SIM-1 according to the invention is a three-dimensional structure sod described below.
  • the metal cation is chosen from zinc, cobalt and nickel cations.
  • the metal involved is a Zn more preferably.
  • the precursors of the connectors are usual, cationic precursors of metal hydrate. Nitrates can be mentioned.
  • alkyl is intended to mean a linear or branched hydrocarbon-based chain of 1 to 40 carbon atoms, preferably 1 to 30, preferably 1 to 12 carbon atoms, more preferably 1 to 6 carbon atoms. of carbon.
  • -Alk- represents an alkane di-yl radical.
  • alkenyl is meant a linear or branched aliphatic hydrocarbon group having at least one carbon-carbon double bond, and from 2 to 40 carbon atoms, preferably 2 to 30, preferably 2 to 12 carbon atoms, more preferably from 2 to 6 carbon atoms.
  • alkenyl groups are: ethenyl, propenyl, n-butenyl, n-pentenyl, octenyl and decenyl.
  • aryl is meant a monocyclic or multicyclic aromatic group system comprising at least one aromatic ring comprising from 6 to 14 carbon atoms, and preferably from 6 to 10 carbon atoms.
  • a nonlimiting example of an aryl group is phenyl.
  • the aryl group may be unsubstituted or substituted with 1, 2 or 3 substituents independently selected from each other.
  • a non-limiting example of a substituted aryl group is hydroxyphenyl.
  • heteroaryl is meant a system of 5 to 14, preferably 5 to 10, single or fused aromatic rings, these rings comprising 1, 2 or 3 heteroatoms selected independently of each other from O, S and N, knowing that the nuclei do not have adjacent oxygen or sulfur atoms.
  • a preferred heteroaryl group contains from 5 to 6 atoms.
  • the heteroaryl is monocyclic.
  • the heteroaryl group may be unsubstituted or substituted with 1, 2 or 3 substituents independently selected from each other.
  • thin layer is meant a layer deposited on a support assuming a mechanical strength, the layer being predominantly continuous, that is to say that it does not form islands, and has a thickness ranging from 1 nm to ⁇ ⁇ .
  • at least one of R 1 , R 2 and R 3 preferably at least one of R 2 and R 3 , represents CHO or -R 5 -C (O) H or a group -C (O) R 4 or a group -C (O) NHR 4 or a group -C (S) NHR 4 , wherein R 4 represents an alkyl group C1-C40, preferably C1-C30, more preferably C1-C12.
  • R 1 is H.
  • R 1 represents a halogen, hydrogen, a nitro, alkyl, aryl, heteroaryl, a -OR 4 (alkyloxy) or -SR 4 (alkylthio) group.
  • R 2 and R 3 represent, independently of one another, a halogen, hydrogen, a nitro, alkyl, alkenyl, -CO-R 4 , -alk-CHO or -CHO group, less than R 2 and R 3 being -CHO or -alk -CHO.
  • the imidazolate ligand is chosen
  • R 2 is an aldehyde group -R 5 -CHO or -CHO
  • R 1 represents an alkenyl, -COR 4 , azido, amino, hydroxy, cyano, halogenated alkyl or thiol group, sulfonyl or sulfoxide
  • R 3 represents aryl, heteroaryl, -OR 4 , -SR 4 , azido, amino, hydroxy, cyano, haloalkyl, thiol, sulfonyl or sulfoxide.
  • SIM-1 is where M is Zn and where R 1 is H, R 2 is methyl and R 3 is -CHO: the precursor is 4-methyl-5-imidazolecarboxaldehyde.
  • the crystallized solid according to the invention SIM-1 has a sod structure.
  • SIM-1 corresponds to a 4-ring arrangement (4MR for 4 members ring) and 6-ring (6MRs for 6 members rings) interconnected via 4MRs cycles and forming solalite cages ( sod).
  • sod-ZMOF (2) sod-ZMOF (2), ZIF-8 (1), ZI F-65, 67 (3), ZIF-90, -91, -92 (4), ZIF -7, and -9 (5).
  • ZIFs sod-ZMOF (2), ZIF-8 (1), ZI F-65, 67 (3), ZIF-90, -91, -92 (4), ZIF -7, and -9 (5).
  • the pore opening also called cage opening, corresponds to the 6-ring, the 4-ring being blocked by the methyl group.
  • the compounds of the invention are porous.
  • the pores have a shape determined by sod and have a spherical internal cavity, (see the central sphere as shown in Figure 1) and the diameter of this inner sphere is presented above by “cavity diameter”.
  • the windows (4R and 6R) circumscribe circles whose diameter is presented above by “size of the 4R cycles” and “size of the 6R cycles”).
  • Average cavity diameters of the order of 2-10 "10 m to 40-10 " 10 m can be achieved depending on the type of zeolite network. According to the invention, diameters, or cycle sizes, in particular 4R cycles, ranging from 2-10 " to 15-10 " 10 m are preferred for gas and vapor separation applications.
  • the process for obtaining the material is carried out as follows: first, a solution is prepared from at least one cationic precursor and at least one ligand;
  • the mixture is heated in a solvent-type or hydrothermal process until the solid compound is obtained
  • SIMs can be obtained on or without a support or substrate.
  • the mixture is heated until the solid compound is obtained at a temperature of between 50 and 250 ° C., preferably between 80 and 150 ° C.
  • the duration is between 12 and 120 hours, preferably 8 hours to 48 hours; or
  • the basic agent is preferably a nitrogenous base such as primary, secondary or tertiary amines which can be diluted in a solvent. More preferably, the basic agent is an aqueous ammonia solution (NH40Haq).
  • the ratio used for the synthesis of the SIM compounds in particular the SIM-1 compound is of the order of 1 equivalent of Zinc nitrate for 4 equivalents of imidazole derivative, according to the hydro- or solvo-thermal variant, and of the order of 1 equivalent of Zinc nitrate for 2 equivalents of imidazole derivative for the precipitation variant.
  • the solid phase is filtered and washed. It can then be subjected to drying and / or dehydration.
  • the process for obtaining the porous composite material of the invention is carried out, from an inorganic substrate of a porous nature, in the following general manner:
  • a solution is prepared from one or more cationic precursors and one (or more) ligands, the solution is then contacted with the substrate in a solvothermal process, without intergranular bond, whereby a PC material is deposited and bonded to said substrate, without intergranular bonding matrix;
  • the substrate is washed and dried with the PC or formed on the outer surface or in the intergranular cavities.
  • the inorganic objects of the substrates are preferably beads or extruded ceramics of millimeter to centimetric sizes.
  • the ceramics are preferably aluminas, preferably of alpha type and gamma type, delta type.
  • the ceramics may be of various porosities, characterized by surfaces (according to the BET method) ranging from 1 to 300 m 2 / g, preferably. from 5 to 150m 2 / g.
  • ceramic balls (2) immersed in the catalyst precursor solution and ligand, a layer (1) of SIM is deposited on the surface of the ball (2) shown in Figure 5.
  • one or more postmodification steps can be carried out to derive the aldehyde function (s) and generate post-modified SIMs having different properties.
  • the aldehyde function can be reduced to alcohol using conventional reactions of the state of the art (NaBH 4 ).
  • Another example is the conversion of the aldehyde to imine by coupling with a primary amine.
  • the aldehyde function present in the compound SIM-1 can be reacted with a primary amine (R'-NH 2 ) where R 'can be an alkyl, aryl or heteroaryl radical or a silicate group Si (OR ") 3 in which R is an alkyl radical, under the appropriate conditions (solvent and temperature) to give the corresponding imine by condensation.
  • R'-NH 2 primary amine
  • R ' can be an alkyl, aryl or heteroaryl radical or a silicate group Si (OR ") 3 in which R is an alkyl radical
  • the imine thus obtained can be reduced to a secondary amine by the action of sodium borohydride (NaBH 4 ).
  • R ' Alk, (Het) Ar, Si (OR'3 ⁇ 4
  • the variation of the substituent R 'of the primary amine can thus give access to materials derived from SIM-1 having properties as diverse as opposed: a long saturated carbon chain will increase the lipophilicity (hydrophobicity) of the material when hydroxy functions ( OH) will promote hydrophilicity.
  • the present invention relates to SIMs, metallo-organic solids with a porous crystalline structure, for their uses as molecular sieves.
  • the compounds of the invention are thus particularly advantageous for the separation of gases, in particular the capture of gas, particularly the capture of C0 2 , or the separation of C0 2 , in a gas stream.
  • gas stream for example natural gas or a flue gas.
  • the compounds of the invention may also be used as a catalyst, especially as a trans-esterification catalyst.
  • they have catalyzed the transesterification between ethyl decanoate and methanol, used as a solvent, to give methyl decanoate, with conversion efficiencies up to 9 times higher than 130 ° C. reaction conducted without catalyst.
  • hydrophobicity / hydrophilicity selectivity characteristics of the microporous system, in particular pore size and shape, incorporation of active metals, for example platinum or silver, and catalytic activity due to the presence of metallic, alkaline or alkaline earth cations, etc .;
  • the preparation cost of SIM-1 is at least ten times lower than that of ZIF-90. Indeed, in the case of SIM-1, the ligand precursor is ten times less expensive than that implemented for ZIF90.
  • SIM-1 the cost of the ligand accounts for most of the total synthesis cost.
  • An advantage of SIM-1 is the relative low cost of its ligand. For example, there is a cost ratio of approximately 10, for the ligands corresponding to ZIF-90 and SIM-1 (see SIGMA-ALDRICH Catalog 2009), the two compounds carrying the formyl function, but in different positions. .
  • DMF dimethylformamide
  • the beads are immersed in the solution in a thick glass test tube.
  • the whole is heated at 85 ° C. for 72 hours.
  • the volume of the solution is adjusted to cover the beads.
  • Figure 6 shows the surface of a ball 1) above after the treatment and shows the good bond to the support of the PC material.
  • Zinc nitrate tetrahydrate 0.5 mmol, 130 mg
  • 4-methyl-5-imidazolecarboxaldehyde (1 mmol, 10 mg) were dissolved in 5 mL of DMF.
  • the stability of the compound was tested by comparing the X-ray diffractogram of the synthesized SIM-1; SIM-1 treated with boiling water; SIM-1 after 4 weeks in ambient air.
  • the relative intensity I re i assigned to each value of d hk i is measured from the height of the corresponding diffraction peak.
  • the X-ray diffraction pattern of the crystallized solid SIM-1 of Example 1 comprises the lines at the values d h w given in Table 1. In the column of dhk i, the average values of intercellular distances in Angstoms ( ⁇ ) are indicated. Each of these values shall be assigned the measurement error A (dhki) of between ⁇ 0.2 and ⁇ 0.008.
  • Valeu rs means nes of d h w and intensities
  • the proton NMR spectrum (FIG. 4) was measured on a Brucker spectrometer (250 MHz) at room temperature, corresponding to the accumulation of 16 scans and calibrated on the DMSO signal.
  • Example 7 Determination of adsorption isotherms by volumetric measurement adsorption measurements of CO 2 , CH 4 and N 2 were carried out in the usual manner, on "Belsorp-HP" equipment.
  • Example 8 Application as a catalyst
  • the SIM-1 compound was used as a catalyst for the transesterification reaction between ethyl decanoate (“ethyl decanoate”) (1 mmol) and methanol, used as a solvent, at 130 ° C. for 20 hours to give methyl decanoate with a conversion ("yield") of 43.5%, the reaction carried out without catalyst giving only 5% of product.
  • ethyl decanoate ethyl decanoate
  • methanol methanol

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Abstract

L'invention concerne un polymère de coordination constitué de connecteurs et ligands comportant une pluralité de structures M-L-M dans lesquelles M est un métal des colonnes VII B, VIII, IB ou IIB de la classification périodique et L est un ligand imidazolate de formule (I) dans laquelle R1, R2 et R3 représentent, indépendamment l'un de l'autre, H; un groupe alkyle en C1-C4O, de préférence C1-C3O, de façon encore préférée C1-C12; un groupe alcènyle en C2-C40, de préférence C2-C30, de façon encore préférée C2- C12 mono- ou poly-insaturé; halogèno, de préférence chloro; nitro; aryle; hétéroaryle; un groupe -O-R ou -S-R ou un groupe -C(O)R ou un groupe -C(O) ou un groupe -C(S)NHR, dans lesquels R représente un groupe alkyle C1-C40, de préférence C1-C30, de façon encore préférée C1-C12, ou -CHO ou -R-C(O)H, l'un au moins des groupes R1, R2 et R3 représentant un groupe -C(O)R ou un groupe - C(O)NHR ou un groupe -C(S)NHR ou -CHO ou -R-C(O)H, à l'exclusion du cas où R1 est -CHO et R2 et R3 sont H, quand M est Zn. Elle concerne aussi leur procédé de préparation et les applications de ces composés en tant que tamis moléculaire.

Description

Matériau organique-inorganique zéolithique à base d'imizolates fonctionnalisés, procédé de préparation et applications
L'invention concerne des matériaux solides poreux de type polymère de coordination (PC), de structure zéolithique, présentant une structure cristalline particulière, un procédé de préparation de tels PCs ainsi que leurs applications, notamment à titre de tamis moléculaire.
État de l'art
Les premiers polymères de coordination ont été décrits dans les années 1960 et font depuis l'objet d'un nombre croissant de publications, une grande diversité structurale ayant pu être atteinte, comme le décrit Férey G. (L'actualité chimique, 2007, 304). Ils peuvent former une phase solide minérale zéolithique qui joue le rôle de tamis moléculaire.
Ces solides hybrides poreux à matrice mixte organique-inorganique, comme les solides poreux à squelette inorganique, associent des entités chimiques et la porosité, modulée selon la nature de ces entités. Avec des ligands organiques, la taille des pores devient ajustable par le biais de la longueur de la chaîne carbonée desdits ligands. La charpente, qui dans le cas des matériaux poreux inorganiques, ne peut accepter que quelques éléments (Si, Al, Ge, Ga, éventuellement Zn) peut, dans le cas des le cas des hybrides poreux à matrice mixte organique- inorganique, accueillir tous les cations à l'exception des alcalins. En général, ces polymères de coordinations, poreux, présentent une structure cristalline ordonnée poreuse, telle que les zéolithes, pour lesquels il existe une grande quantité de cavités, ou pores, de diamètre déterminé. Cette caractéristique permet leur utilisation en tant que tamis moléculaires, les pores empêchant le passage de molécules d'une dimension supérieure au diamètre des pores. Ainsi, tout comme les zéolithes, les PCs peuvent être utilisées dans diverses applications telles que la séparation de fluides complexes, dans des procédés catalytiques, etc.. La famille de matériaux hybrides permet de nombreuses structures et par conséquent comprend un grand nombre de solides adaptés aux applications qu'on leur destine.
Les équipes de Yaghi et Férey, ainsi que d'autres équipes, ont ainsi décrit un nombre important de nouveaux matériaux hybrides, par exemple la série des MOF pour "Métal Organic Framework" et série des MIL pour "Matériaux de l'Institut Lavoisier".
Les polymères de coordination (PCs) sont constitués de deux éléments appelés connecteurs et ligands dont l'orientation et le nombre des sites de liaisons sont déterminants dans la structure du matériau hybride.
Dans les PCs, par ligand, on désigne la partie organique du matériau hybride. Ces ligands sont, le plus souvent, des di- ou tri-carboxylates ou des dérivés de la pyridine. Des ligands organiques fréquemment rencontrés sont : bdc = benzène- 1 ,4-dicarboxylate, btc = benzène-1 ,3,5-tricarboxylate, ndc = naphtalène-2,6- dicarboxylate, bpy = 4,4'-bipyridine, hfipbb = 4,4'-(hexafluororisopropylidène)- bisbenzoate, cyclam = 1 ,4,8, 1 1 -tétraazacyclotétradécane. Les substituants des ligands et leur position contribuent aux propriétés physiques et chimiques des PCs.
Dans les PCs de la présente invention, les ligands utilisés portent des fonctions azote qui sont liées aux cations, plus précisément, les ligands de type imidazolate. Les PCs formés par les ligands imidazolates constituent une sous-classe, appelée «ZIF» (pour Zeolite Imidazole Frameworks) par certains auteurs, dont Yaghi et al ou encore «ZMOF» (pour Zeolite Metal-Organic Frameworks) par certains auteurs dont Eddaoudi et al. Les ligands des ZMOFs décrits dans WO2006/1 16340 comportent des carboxylates qui participent au réseau des MOFs.
J. Xu et al. Inorganic Chemistry Communications 12 (2009) 58-61 décrit un MOF (Metal-Organic Framework) dans lequel le ligand, de type imidazole est substitué par un groupement -CH2-NH-Ph-COOH carboxylique. Dans le composé de Xu, le ligand est multifonctionnel, le carboxylate participant au réseau du MOF.
Dans les PCs, l'entité inorganique jouant le rôle de connecteur peut être un cation seul, un dimère, trimère ou tétramère ou encore une chaîne ou un plan.
Dans les ZIF de la présente invention, les connecteurs sont des cations. Les composés de type ZIFs se distinguent des autres PCs par leur nœud de réticulation des géométries tétraédriques ; ils ont une structure zéolithique ou similaire à celles connues pour les zéolithes, notamment des structures ou types de réseau zéolithique (zeolite framework type) définis selon ΓΙΖΑ (International Zeolite Assocation) du type sodalite (SOD ou sod) ou encore les rho, Ita, gme, par exemple. Par ailleurs, les ZIFs sont parmi les PCs les plus stables chimiquement. La synthèse et les structures de certains PCs du type ZIF ont été décrites.
Ainsi, Liu et al. Chem. Commun. 2006, 1488 décrivent l e l iga n d 4 , 5- imidazodicarboxylique associé à de l'indium et pouvant présenter une structure sod ou rho.
Huang et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 1557 décrivent des ligands 2- méthylimidazole Zn(mlM)2 et 2-éthylimidazole associés à du zinc et pouvant présenter une structure sodalite.
Banerjee et al. Science 2008, 319, 939 décrivent l'imidazole (IM) et ses dérivés méthylé (nIM), éthylé (elM), nitré (nIM) en position 2 ou dichloré (dcllM) en positions 4 et 5 associés à du zinc ou du cobalt pouvant donner des structures sodalite pour Zn(mlM)2 (ZIF-8), Co(nlM)2 (ZIF-65) et Co(mlM)2 (ZIF-67).
Morris et al. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 12626 décrivent l'imidazolate-2- carboxaldéhyde associé à du zinc pour former ZIF-90 sous forme de sodalite, et par post-synthèse le ZIF-91 , le carboxaldéhyde étant réduit en alcool et le ZIF-92, le carboxaldéhyde étant traité à l'éthanolamine.
Park et al. Proc. Natl. Acad. Sci. il. S. A. 2006, 103, 10186 décrivent le ligand 2- méthylimidazole associé au zinc (ZIF-8) ou 2-phénylimidazole associé au cobalt (ZIF-9) ou au zinc (ZIF-7) dans une configuration sodalite.
Yaghi et al ont décrit une série de ZI Fs dans WO2007/0202038 ainsi que la séparation de gaz par procédé PSA TSA, et notamment la capture du C02, dans les demandes internationales WO2008/140788A1 et WO2009/020745A1.
Banerjee R. et al J. Am. Chem. Soc, 2009, 131 (1 1 ), 3875-3877 décrivent, parmi les ligands nIM, dcllM cnlM, associés au Zn, notamment, peuvent former des cages GME, particulièrement bien adaptées à l'adsorption du C02.
Dans la demande WO2008/140788A1 , Yaghi et al. évoquent l'utilisation d'imidazolates substitués par des groupements polaires tel que les halogènes ou -N02 pour accroître la polarité du PC, et le gain d'efficacité pour l'adsorption de C02.
Les imidazolates substitués décrits antérieurement notamment par Yaghi p rése nte nt tou tefoi s d es i n con vé n i e nts . Ils sont difficilement post- fonctionnalisables, c'est-à-dire qu'il n'est pas aisé de modifier le substituant après la formation du CP sans dénaturer sa structure initiale. Par ailleurs, leur coût de fabrications est souvent élevé, ce qui rend leur synthèse incompatible avec la réalité économique de production à grande échelle. Il est par ailleurs intéressant de mettre au point des structures ordonnées, présentant des volumes poreux extrêmement importants, une bonne stabilité thermique et des fonctionnalités chimiques ajustables.
La présente invention concerne des polymères de coordination PCs appelés SIMs (Substituted Imidazolate Material) à base de connecteurs métalliques et de ligands de type imidazolates dont un substituant au moins est une fonction aldéhyde, de préférence en position 4 ou 5 du groupe imidazolate. Plus précisément, les SIMs selon l'invention sont constitués de connecteurs et ligands comportant une pluralité de structures M-L-M dans lesquelles le connecteur M est un cation d'un métal des colonnes VI I B , VI I I , I B ou M B de la classification périodique et L est un ligand imidazolate de formule (I)
Figure imgf000006_0001
dans laquelle R1 , R2 et R3 représentent, indépendamment l'un de l'autre, H ; un groupe alkyle en C1-C40, de préférence C1-C30, de façon encore préférée C1-C12 ; alcènyle en C2-C40, de préférence C2-C3o, de façon encore préférée C2-C12, mono- ou poly-insaturé ; halogèno, de préférence chloro ; nitro ; aryle ; hétéroaryle ; un groupe -O-R ou -S-R ou un groupe -C(0)R ou un groupe -C(0)N H R ou un groupe -C(S)N H R, dans lesquels R représente un groupe alkyle CrC40, de préférence d- C3o, de façon encore préférée C Ci2 ; ou -CHO ou - R -CHO,
l'un au moins des groupes R2 et R3 représentant un groupe -C(0)R, -C(0)N H R, - C(S)N H R, ou -CHO ou -R-CHO.
Plus précisément, dans la formule (I), selon l'invention, R1 , R2 et R3 représentent, indépendamment l'un de l'autre, H ; un groupe alkyle en CrC40, de préférence C C3o, de façon encore préférée C Ci2 ; alcènyle en C2-C40, de préférence C2-C3o, de façon encore préférée C2-Ci2, mono- ou poly-insaturé ; halogéno, de préférence chloro ; nitro ; aryle ; hétéroaryle ; un groupe -O-R4, -S-R4, -C(0)R4, - C(0)N H R4 ou -C(S)N H R4, dans lesquels R4 représente un groupe alkyle C C40, de préférence C1-C30, de façon encore préférée C Ci2 ; -CHO ou -R5-CHO dans lequel R5 représente un radical alcane-diyle en C1-C40, de préférence C1-C30, de façon encore préférée C1-C12 , l'un au moins de R1, R2 et R3 représentant un groupe -C(0)R4, -C(0)NHR4, -C(S)NHR4, -CHO ou -R5-CHO, à l'exclusion du cas où R1 est -CHO et R2 et R3 sont H, quand M est Zn.
Ainsi, la présence d'au moins un substituant de type aldéhyde sur les ligands imidazolates aux positions 4 ou 5 confère aux SIMs selon la présente invention des propriétés spécifiques et originales, qui se traduisent par des performances intéressantes notamment dans l'adsorption/séparation de gaz. La taille et la polarité différentes des substituants engendrent des tailles de cavités (effet stérique) et des polarités (effet physique) différentes. Dans les PCs selon l'invention, les substituants de l'imidazolate ne participent pas au réseau MOF. Il est par ailleurs possible de post-modifier ces imidazolates ce qui présente des avantages de moduler les SIMs en fonction de leur application, notamment à la catalyse.
Les SIMs peuvent être préparés comme les ZIFs, par un processus solvothermal ou encore par précipitation, procédés, qui mettent en œuvre, en milieu solvant, des précurseurs des ligands et des connecteurs.
De manière avantageuse, ils peuvent être préparés, selon la présente invention, par un procédé de précipitation. Par ailleurs, selon un autre procédé de l'invention et de manière avantageuse, ils peuvent être préparés sous forme de couches minces supportée sur des objets céramiques tels que des billes d'alumines. Selon un autre aspect, l'invention concerne un objet céramique, notamment bille céramique, portant, en couche mince, un PC selon l'invention ou obtenu selon l'un des procédés de l'invention.
La présente invention concerne également un procédé de préparation des SI M dans leq uel on prépare une solution homogène d'au moi ns u n précurseur cationique et d'au moins un précurseur de ligand de typejmidazolate comportant au moins un substituant du type aldéhyde, de formule (I)
Figure imgf000007_0001
dans laquelle R1, R2 et R3 représentent, indépendamment l'un de l'autre, H ; un groupe alkyle en C1-C40, de préférence C1-C30, de façon encore préférée C1-C12 ; alcènyle en C2-C4o, de préférence C2-C3o, de façon encore préférée C2-C12, mono- ou poly-insaturé ; halogèno, de préférence chloro ; nitro ; aryle ; hétéroaryle ; un groupe -O-R4, -S-R4, -C(0)R4, -C(0)NHR4 ou -C(S)NHR4, dans lesquels R4 représente un groupe alkyle C1-C40, de préférence C1-C30, de façon encore préférée C1-C12 ; -CHO ou -R5-C(0)H dans lequel R5 représente un groupe alkyle C1-C40, de préférence C1-C30, de façon encore préférée C1-C12 ,
l'un au moins de R1, R2 et R3 représentant -CHO ou -R5-CHO, excepté le cas où R1 est -CHO et R2 et R3 sont H, quand M est Zn.
dans un solvant, on chauffe le mélange et récupère le composé obtenu. Avant de récupérer le composé obtenu, on peut le laver et/ou le sécher.
Pour obtenir les composés où des groupes -C(0)R4 ou -C(0)NHR4 ou -C(S)NHR4 sont présents, on procède à au moins une étape de post-modification. Celle-ci porte sur la modification de la ou des fonctions de type aldéhyde (-R5CHO ou - CHO).
Enfin, l'invention concerne l'utilisation des SIMs de l'invention à titre de tamis moléculaire.
Outre les caractéristiques présentées ci-dessus et illustrées dans la description détaillée ci-dessous et les exemples, la structure des SIMs selon l'invention lui confère des propriétés avantageuses à titre de tamis moléculaire, la nature des ligands imidazolates des SIMs selon l'invention, - ligands imidazolates substitués par un groupement aldéhyde en position 4 ou 5, — permettant d'effectuer des post-modifications d u ligand par réaction chimique de l'aldéhyde après la formation du PC. Par ailleurs, la production des SI Ms selon l'invention peut être envisagée à coûts réduits par rapport aux coûts usuels pour synthétiser des PCs. Enfin, les SIMs présentent des propriétés de stabilité avantageuses.
De plus, de façon générale, le procédé par précipitation est plus facile à mettre en œuvre que le procédé solvothermal usuel, et de ce fait industrielle plus intéressant d'un point de vue économique.
En outre, la présente invention présente des avantages notables notamment dans l'utilisation à titre de catalyseur. En effet, la mise en œuvre des catalyseurs dans les procédés industriels nécessite une étape de mise en forme de ces derniers, la manipulation des catalyseurs sous forme de fines poudres étant difficile. La manipulation de poudres fines, voire pulvérulentes, à l'échelle de plusieurs dizaines de kilos voire centaines de tonnes n'est pas envisageable du point de vue du contrôle du remplissage des réacteurs et de la sécurité des personnels (pulvérisation dans l'environnement). De plus, l'emploi de catalyseur sous forme de poudres fines (submillémétriques) dans des lits fixes ou des colonnes utilisées dans les procédés diphasiques (solide/gaz) engendre des pertes de charges trop importantes et incompatibles avec leur mise en œuvre, ou impropre à la réalisation des lits et colonnes.
Il est bien connu de l'homme du métier que l'activité catalytique est contrôlée par le régime de diffusion dans le cas des catalyseurs microporeux tel que les zéolithes (dont les tailles de grains dépassent plusieurs dizaines de microns dans le cas général). Des solutions de mises en formes dites egg-shell (couche fine de zéolithe supportée sur une bille), permettent de pallier ce phénomène de limitation par transfert de matière.
Enfin, on rencontre des difficultés techniques pour séparer le liquide du catalyseur dans les procédés diphasiques (solide-liquide) ou triphasique (solide-liquide-gaz) pour des solides de taille submillimétriques.
De nombreux procédés de mises en forme sont connus pour les solides inorganiques ou métalliques (pastillage, extrusion etc.), comme on peut le voir dans Handbook of Heterogeneous Catalysis, 8 volumes, 2nd Edition et Gerhart Ertl (Editor), Helmut Knôzinger (Editor), Ferdi Schuth (Editor), Jens Weitkamp (Editor), ISBN : 978-3-527-31241 -2.
La taille et le forme que l'on donne au catalyseur répondent à des critères de génie chimique. La taille peut varier de quelques millimètres à plusieurs dizaines de centimètres. Les formes peuvent être très variées granules, cylindres, étoiles, etc.
Dans les cas où la diffusion des réactifs vers les centres actifs du solide est plus lente que la réaction, la partie interne (le cœur) des grains catalyseurs ne voie pas de réactifs. Au niveau microscopique, la partie interne du catalyseur ne « travaille » pas. Au niveau macroscopique, une partie du volume du réacteur n'est pas utilisée.
Une solution réside dans la mise en forme du catalyseur sous forme d'une fine couche de quelques microns à quelques dizaines de microns sur support de taille et de forme bien définies. On appelle en général cette conception de catalyseur « egg-shell ».
Selon l'invention, la préparation de particules catalytiques composites comportant un support à la surface duquel est formé un matériau zéolithique ZIF répond aux problèmes ci-dessus.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée et des exemples, ainsi que sur les figures annexées.
Description des figures
La figure 1 représente l'arrangement formant les « cages » Sodalite (SOD), ainsi que la structure de deux zéolithes connus (ZIF-8 et ZIF-90), et la structure sod du composé SIM-1 selon l'invention.
La figure 2 représente le diffractogramme aux rayons X du composé SIM-1 selon l'invention et pour deux composés isomorphes connus (ZIF-8 et ZIF-90) à fin de comparaison (ntensity u.a. pour intensité unité arbitraire).
La figure 3 représente le résultat de mesures d'adsorption du gaz carbonique, du méthane et de l'azote [« adsorption amount » pour quantité adsorbée en cm3(STP).g"1 / « Pressure » pour pression en kPa] pour le composé SI M-1 selon l'invention (adsorption : motifs pleins ·■ A ; désorption : motifs vides o - Δ).
La figure 4 est le spectre RMN proton du composé SIM-1 dissous par DCI dans le DMSO-d6.
La figure 5 représente une vue schématique en coupe d'une couche mince de PC supportée sur une bille de céramique. La figure 6 représente en coupe la surface d'une bille céramique (alumine) sur laquelle est formée un dépôt ZIF selon l'invention SIM-1 .
La figure 7 représente le diffractogramme aux rayons X (obtenu en DRXP sur Bruker-AXS D5005 avec le rayonnement Cu-Ka1 ) du composé SIM-1 selon l'invention juste après sa synthèse ; après 5 heures dans l'eau bouillante ; après 4 semaines de stockage à l'air ambiant.
Selon un de ses aspects, la présente invention se rapporte à de nouveaux PCs du type ZIF, appelés SIM et présentant un diagramme de diffraction des rayons X incluant au moins les raies présentées au tableau suivant,
Valeu rs moyen nes des dhw et intensités
relatives mesurées sur un diagramme de
diffraction de rayons X du solide cristallisé
SIM selon l'invention
dhki [A] l/l0 2theta [degrés]
1 1 .56 F 7.64
8.26 ff 10.70
6.79 f 13.02
6.72 m 13.16
5.95 ff 14.88
5.86 m 15.12
5.81 f 15.24
5.27 ff 16.80
5.25 ff 16.88
4.84 ff 18.32
4.77 f 18.60
4.50 ff 19.70
4.46 f 19.88
4.42 f 20.06
4.18 ff 21 .24
4.17 f 21 .30
3.88 ff 22.88
3.88 ff 22.92
3.71 ff 23.94
3.27 ff 27.26
3.26 ff 27.32
2.95 ff 30.30
2.88 ff 30.98
2.88 ff 31 .04
2.85 ff 31 .36
2.84 ff 31 .50
2.79 ff 32.00
2.77 ff 32.34
2.70 ff 33.18
2.64 ff 33.92 2.51 ff 35.70
2.39 ff 37.58
2.34 ff 38.36
2.1 1 ff 42.92
Dans lequel F signifie Fort, m signifie moyen, f signifie faible et ff signifie très faible, l'intensité relative l/lo étant donnée en rapport à une échelle d'intensité relative où il est attribué une valeur de 100 à la raie la plus intense du diagramme de diffraction des rayons X : ff < 10 ; 10 < f < 20 ; 20 < m < 60 ; F > 60
Ce diagramme de diffraction est obtenu par analyse radiocristallographique au moyen d'un diffractomètre en utilisant la méthode classique des poudres avec le rayonnement Και du cuivre (λ = 1 ,5406Â). A partir de la position des pics de diffraction représentée par l'angle 2Θ, on calcule, par la relation de Bragg, les équidistances réticulaire dhw caractéristiques de l'échantillon. L'estimation de l'erreur de mesure A(dhki) sur dhw se calcule par la relation de Bragg en fonction de l'erreur absolue Δ(2Θ) affectée à la mesure 2Θ. Une erreur absolue Δ(2Θ) égale à ± 0,2° est communément admise. L'intensité relative lrei affectée à chaque valeur de dhki est mesurée d'après la hauteur du pic de diffraction correspondant.
Le diagramme de diffraction des rayons X des solides cristallisés SIMs selon l'invention comporte au moins les raies aux valeurs dhw données au tableau 1. Dans la colonne des dhki, on a indiqué les valeurs moyennes de distances inter- réticulaires en Angstrôms (Â). Chacune de ces valeurs doit être affectée de l'erreur de mesure A(dhki) comprise entre ± 0,2Â et ± 0,008Â.
Les composés SIM de l'invention tels que SIM-1 ainsi que ses dérivés postmodifiés présentent une structure cristalline caractérisée notamment par le diagramme de diffraction X donné à la figure 2.
De plus, selon un aspect particulier, le composé SIM-1 de l'invention est caractérisé par sa signature RMN (figure 4) (caractérisation par RMN liquide du proton), après solubilisation du composé SIM-1 , qui permet d'identifier la structure du ligand (R1= H, R2=méthyle, R3=formyle).
La structure cristalline des solides cristallisés SIM, notamment SIM-1 selon l'invention est une structure tridimensionnelle sod décrite ci-après.
La composition chimique des SIM-1 , exprimée sur une base anhydre C, 42.35; H, 3.55; N, 19.76; O, 1 1 .28; Zn, 23.06. En ce qui concerne les connecteurs, de préférence, selon l'invention, le cation métallique est choisi parmi les cations du zinc, du cobalt et du nickel. Dans la présente invention, le métal mis en jeu est un Zn de façon plus préférée. Les précurseurs des connecteurs sont usuels, précurseurs cationiques d'hydrate de métal. On peut citer les nitrates.
Dans la présente description, par « alkyle », on entend une chaîne hydrocarbonée, linéaire ou ramifiée, de 1 à 40 atomes de carbone, de préférence 1 à 30, de préférence 1 à 12 atomes de carbone, plus préférablement de 1 à 6 atomes de carbone. « -alk-» représente un radical alcane di-yle.
Par « alcényle », on entend un groupe hydrocarboné aliphatique linéaire ou ramifié ayant au moins une double liaison carbone-carbone, et de 2 à 40 atomes de carbone, de préférence 2 à 30, de préférence 2 à 12 atomes de carbone, plus préférablement de 2 à 6 atomes de carbone. Des exemples, non limitatifs, de groupes alkényles sont : l'éthényle, le propényle, le n-butényle, le n-pentényle, l'octényle et le décényle.
Par « aryle », on entend, un système de groupement aromatique monocyclique ou multicyclique, comprenant au moins un noyau aromatique comprenant de 6 à 14 atomes de carbone, et de préférence de 6 à 10 atomes de carbone. Un exemple, non limitatif, de groupement aryle est le phényle. Le groupement aryle peut être non substitué ou substitué avec 1 , 2 ou 3 substituants choisis indépendamment les unes des autres. Un exemple, non limitatif, de groupement aryle substitué est l'hydroxyphényle.
Par « hétéroaryle » , on entend un système de 5 à 14, de préférence 5 à 1 0, noyaux aromatiques simple ou fusionnés, ces noyaux comprenant 1 , 2 ou 3 hétéroatomes choisis indépendamment les uns des autres parmi O, S et N, sachant que les noyaux ne possèdent pas d'atomes d'oxygène ou de soufre adjacents. Un groupement hétéroaryle préféré contient de 5 à 6 atomes. Dans un autre mode de réalisation préféré, l'hétéroaryle est monocyclique. Le groupement hétéroaryle peut être non substitué ou substitué avec 1 , 2 ou 3 substituants choisis indépendamment les uns des autres.
Par « couche mince », on entend une couche déposée sur un support supposant une tenue mécanique, la couche étant majoritairement continue, c'est-à-dire qu'elle ne forme pas des îlots, et présente une épaisseur allant de 1 nm à Ι ΟΟμηι. Par ailleurs, en ce qui concerne le ligand, de préférence, dans la formule (I), l'un au moins de R1, R2 et R3, de préférence l'un au moins de R2 et R3, représente CHO ou -R5-C(0)H ou un groupe -C(0)R4 ou un groupe -C(0)NHR4 ou un groupe -C(S)NHR4, dans lesquels R4 représente un groupe alkyle en C1-C40, de préférence C1-C30, de façon encore préférée C1-C12.
Un groupe préféré de SIMs selon l'invention, de formule (I) l'un au moins de R1, R2 et R3 représente CHO, de préférence l'un au moins de R2 et R3.
Dans un groupe préféré de SIMs selon l'invention, dans la formule (I) R1 est H.
Selon un aspect particulier de l'invention, dans la formule (I), R1 représente un halogène, hydrogène, un groupe nitro, alkyle, aryle, hétéroaryle, un groupe -OR4 (alkyloxy-) ou -SR4 (alkylthio-), et R2 et R3 représentent, indépendamment l'un de l'autre, un halogène, hydrogène, un groupe nitro, alkyle, alcènyle, -CO-R4, -alk- CHO ou -CHO, l'un au moins de R2 et R3 étant -CHO ou -alk -CHO.
Dans un groupe préféré de SIMs selon l'invention, le ligand imidazolate est choisi
Figure imgf000014_0001
Selon un autre aspect particulier de l'invention, quand R2 est un groupe aldéhyde -R5-CHO ou -CHO, R1 représente un groupe alcènyle, -COR4, azido, amino, hydroxy, cyano, alkyle halogéné, thiol, sulfonyle ou sulfoxide, et R3 représente aryle, hétéroaryle, -OR4, -SR4, azido, amino, hydroxy, cyano, haloalkyle, thiol, sulfonyle ou sulfoxide. Selon l'in le-
carboxald
Figure imgf000015_0001
Le SIM-1 est celui où M est Zn et où R1 est H, R2 un groupe méthyle et R3 est un groupe -CHO : le précurseur est le 4-méthyl-5-imidazolecarboxaldéhyde.
Avec le 4-méthyl-5-imidazolecarboxaldéhyde, en milieu solvant, par un processus solvothermal, en présence de ce ligand et d'un précurseur de connecteur (nitrate de zinc, par exemple) on obtient le composé dénommé SIM-1 défini dans l'exemple 5.
Le solide cristallisé selon l'invention SIM-1 a une structure sod.
Comme cela apparaît à la figure 1 , SIM-1 correspond à un arrangement de cycles à 4 (4MR pour 4 members ring) et de cycles à 6 ( 6MRs pour 6 members rings) interconnectées via les cycles 4MRs et qui forment des cages solalite (sod).
Des exemples connus de sod sont par exemple les ZIFs suivants : sod-ZMOF (2), ZIF-8 ( 1 ), ZI F-65, 67 (3), ZIF-90, -91 , -92 (4), ZIF-7, and -9 (5). Pour ces « composés » connus présentant la structure topologique sod, l'ouverture de pore, aussi appelée ouverture de cage, correspond au cycle à 6, le cycle à 4 étant bloqué par le groupe méthyle.
Dans le cas du SIM-1 , la situation est inversée : l'ouverture du cycle à 6 est bloquée par l'aldéhyde et le substituant méthyle, et le cycle à 4 est laissé libre et ouvert. Ces caractéristiques structurelles ont des conséq uences d irectes su r les propriétés des zéolithes appliquées à la séparation des gaz, de par les mécanismes de tamisage moléculaire.
ZIF-8, ZIF-90 et SIM-1 de l'exemple 1 sont représentés à la figure 1.
Matériau Taille des Taille des Diamètres de cycles 4R [Â] cycles 6R [Â] cavité [Â]
Figure imgf000016_0001
* estimé
Les composés de l'invention sont poreux.
Les pores ont une forme déterminée par sod et présentent une cavité interne sphériques, (voir la sphère centrale telle que représentée à la figure 1 ) et le diamètre de cette sphère interne est présentée ci-dessus par « diamètre de cavité ». Par ailleurs, les fenêtres (4R et 6R) circonscrivent des cercles dont le diamètre est présenté ci-dessus par « taille des cycles 4R » et « taille des cycles 6R »).
Des diamètres moyens de cavités de l'ordre de 2-10"10 m à 40-10"10 m peuvent être atteints selon le type de réseau zéolithique. On préfère selon l'invention, des diamètres, ou tailles de cycles, notamment de cycles 4R, allant de 2-10"10 à 15-10" 10 m pour les applications de séparation de gaz et vapeurs.
Le procédé d'obtention du matériau s'effectue, de la manière générale suivante: - on prépare d'abord une solution à partir d'au moins un précurseur cationique et et d'au moins un ligand;
- on chauffe le mélange dans un processus de type solvo-, ou hydrothermal jusqu'à obtention du composé solide
- et enfin, on lave et sèche le PC obtenu.
Les SIMs peuvent être obtenus sur ou sans support ou substrat.
PROCEDE DE SYNTHESE DE POUDRE DE SIMs.
L'obtention des SIMs selon l'invention peut-être réalisée :
-par un processus hydro- ou solvo-thermal, on chauffe le mélange jusqu'à obtenir le composé solide, à u ne température comprise entre 50 et 250°c, de préférence entre 80 et 150°C. La durée est comprise entre 12 et 120 heures, de préférence 8 heures à 48 heures ; ou
-par un processus de précipitation, dans lequel on ajoute au mélange de manière contrôlée, à température ambiante et sous agitation, une solution d'agent basique. On laisse la suspension sous agitation à température ambiante, jusqu'à formation complète du solide. L'agent basique est préférentiellement une base azotée comme les aminés primaires, secondaires, ou tertiaires qui peuvent être diluées dans un solvant. De façon plus préférentielle, l'agent basique est une solution aqueuse ammoniacale (NH40Haq).
Le ratio utilisé pour la synthèse des composés SIM notamment le composé SIM-1 est de l'ordre de 1 équivalent de nitrate de Zinc pour 4 équivalents de dérivé d'imidazole, selon la variante hydro- ou solvo-thermale, et de l'ordre de 1 équivalent de nitrate de Zinc pour 2 équivalents de dérivé d'imidazole pour la variante par précipitation.
A la fin de la réaction, la phase solide est filtrée et lavée. Elle peut ensuite faire l'objet de séchage et/ou déshydratation.
PROCEDES DE SYNTH ESE DE COMPOSITES FI LMS/COUCH ES MI NCES SUPPORTEES SUR DES OBJETS INORGANIQUES
Le procédé d'obtention du matériau composite poreux de l'invention s'effectue, à partir d'un substrat inorganique de nature poreuse, de la manière générale suivante:
On prépare d'abord une solution à partir d'u n (ou plusieurs) précu rseurs cationiques et d'un (ou plusieurs) ligands, on met ensuite en contact, selon un processus solvothermal, la solution avec le substrat, sans matériau de liaison intergranulaire, moyennant quoi une matière PC se trouve déposée et liée audit substrat, sans matrice de liaison intergranulaire ;
et enfin, on lave et sèche le substrat avec le PC ou formé à la surface externe ou dans les cavités intergranulaires.
Les objets inorganiques des substrats sont préférentiellement des billes ou extrudés de céramiques de tailles millimétriques à centimétriques. Les céramiques sont selon l'invention préférentiellement des alumines, de préférence de type alpha et de type gamma, delta.
Les céramiques peuvent être de porosités diverses, caractérisées par des surfaces (selon la méthode BET) allant de 1 à 300 m2/g, de préf. de 5 à 150m2/g. Dans un mode particulier de réalisation, on utilise des billes (2) de céramique immergées dans la solution de précurseur catalyseur et ligand, une couche (1 ) de SIM se déposant à la surface de la bille (2) représentée à la figure 5. De plus, dans un étape ultérieure à la synthèse des SIM à ligands substitués par une fonction aldéhyde, on peut réaliser une ou plusieurs étapes de postmodification visant à dériver la ou les fonctions aldéhyde et générer des SIMs post-modifiés ayant des propriétés différentes. Par exemple, on peut réduire la fonction aldéhyde en alcool en utilisation des réactions classiques de l'état de l'art (NaBH4). Un autre exemple est la transformation de l'aldéhyde en imine par couplage avec une aminé primaire.
Ainsi, la fonction aldéhyde présente dans le composé SIM-1 peut réagir avec une aminé primaire (R'-NH2) où R' peut être un radical alkyle, aryle ou hétéroaryle ou un groupement silicate Si(OR")3 dans lequel R" est un radicale alkyle, dans les conditions adéquates (solvant et température) pour donner l'imine correspondante par condensation. Dé plus, l'imine ainsi obtenue peut être réduite en aminé secondaire par action du borohydrure de sodium (NaBH4).
Figure imgf000018_0001
R' = Alk, (Het)Ar, Si(OR'¾
La variation du substituant R' de l'aminé primaire peut ainsi donner accès à des matériaux dérivés de SIM-1 ayant des propriétés aussi diverses qu'opposées : une longue chaîne carbonée saturée augmentera la lipophilie (hydrophobie) du matériau quand des fonctions hydroxy (OH) favoriseront l'hydrophilie.
APPLICATIONS
La présente invention concerne les SIMs, solides métallo-organiques, à structure cristalline poreuse, pour leurs utilisations en tant que tamis moléculaires. Comme cela apparaîtra dans les exemples ci-dessous, les composés de l'invention sont ainsi particulièrement intéressants pour la séparation des gaz, notamment la capture de gaz, particulièrement la capture du C02, ou la séparation du C02, dans un flux gazeux, par exemple du gaz naturel ou un gaz de combustion.
Parmi les applications des composés de l'invention, on peut donc citer notamment la séparation de gaz tel que le C02 dans un flux, notamment un flux gazeux comme un flux de gaz de combustion, par adsorption du C02. Parmi les procédés de séparation, on peut citer les procédés du type Pressure Swing Adsorption (PSA) ou TSA (Température SA) et similaires.
Parmi les applications de ces composés, on peut citer la nanofiltration de liquides. Par ailleurs, parmi les applications, on peut citer les transformations catalytiques. Parmi les procédés catalytiques où les composés de l'invention peuvent être mis en œuvre, on peut citer les procédés en biphasique solide/vapeur dans le raffinage des hydrocarbures, les procédés en multiphasique comme l'estérification du glycérol ou la trans-estérification des glycérides.
Ainsi, les composés de l'invention peuvent en outre être utilisés comme catalyseur, notamment comme catalyseur de trans-estérification. Par exemple, ils ont permis de catalyser la transestérification entre le décanoate d'éthyle et le méthanol, utilisé comme solvant, pour donner le décanoate de méthyle, avec des rendements de conversion jusqu'à 9 fois supérieur à 130°C à celui de la réaction menée sans catalyseur.
Par ailleurs, ils peuvent notamment être incorporés sur ou dans des supports, par exemple des supports céramiques poreux pour former des matériaux composites possédant pour l'essentiel les propriétés des tamis moléculaires qu'ils incorporent, lesquelles peuvent être contrôlées, de manière connue en soi, par exemple:
- en termes de sélectivité hydrophobie/hydrophilie, caractéristiques du système microporeux, notamment taille et forme des pores, incorporation de métaux actifs, par exemple platine ou argent, et activité catalytique du fait de la présence de cations métallique, alcalins ou alcalino-terreux, etc.;
- en termes de perméabilité: dimensions des canaux et coefficient de diffusion, etc.. EXEMPLES
Exemple 1 : synthèse
Une solution contenant 0.7153 g (2.73 mmol) de Zn(N03)2-4H20 (Merck) et de 1 .2050 g (1 0.94 mmol) de 4-méthyl-5-imidazolecarboxaldéhyde (Aldrich) dans 20ml de diméthylformamide (DMF) est agitée pendant 1 heure.
Le coût de préparation de SIM-1 est d'au moins dix fois inférieur à celui de ZIF-90. En effet, dans le cas de SIM-1 , le précurseur de ligand est dix fois moins coûteux que celui qui est mis en œuvre pour ZIF90.
De façon générale pour les PCs, le coût du ligand représente la plus grande partie du coût total de synthèse. Un avantage du SIM-1 est le relatif faible coût de son ligand. Par exemple, il y a un rapport de coût d'environ 10, pour les ligands correspondant aux ZIF-90 et du SIM-1 (cf Catalogue 2009 SIGMA-ALDRICH), les deux composés portant la fonction formyle, mais dans des positions différentes.
Figure imgf000020_0001
Exemple 2 : synthèse sur support billes d'alumine
Exemple de synthèse de composites SIM-1 / bille d'alumine
Une solution contenant 0.7153 g (2.73 mmol) de Zn(N03)2-4H20 (Merck) et de
1 .2050 g (10.94 mmol) de 4-méthyl-5-imidazolecarboxaldéhyde (Aldrich) dans
20ml de diméthylformamide (DMF) est agitée pendant 1 heure.
Les billes, support d'alumine poreuse, sont immergées dans la solution dans un tube à essais à verre épais. L'ensemble est chauffé à 85°C pendant 72 heures. Le volume de la solution est ajusté de façon à recouvrir les billes.
Trois sortes de billes ont été ainsi traitées :
1 ) a.-alumina
Rhône Poulenc SCS-9
diamètre 4 mm
Surface BET 8 m2/g 2) γ.-alumina
Rhône Poulenc SCS-S9
diamètre 4 mm
Surface BET 70 m2/g
3) γ.-alumina
Saint-Gobain Norpro SR018501
diamètre 1.5 mm
Surface BET 100 m2/g
La figure 6 représente la surface d'une bille 1 ) ci-dessus après le traitement et montre la bonne liaison au support du matériau PC.
Exemple 3 : synthèse par précipitation
Synthèse de SIM-1 par précipitation par ajout d'une base organique
Du nitrate de zinc tétrahydrate (0.5 mmol, 130 mg) and 4-méthyl-5- imidazolecarboxaldéhyde (1 mmol, 1 10 mg) ont été dissous in 5 mL of DMF. Une solution of triéthylamine (1 mmol, 167 μί) diluée dans 5 mL de DMF (diméthylsulfoxyde) anhydre a été ajoutée au goutte à goutte sous agitation à température ambiante. Pendant l'addition, on précipité blanc est apparu. Après 1 heure, la suspension a été centrifugée et le solide a été lavé au DMF pour obtenir un produit blanc en poudre. La stabilité du composé a été testée, en comparant le diffractogramme aux rayons X du SIM-1 synthétisé ; SIM-1 traité à l'eau bouillante ; SIM-1 après 4 semaines à l'air ambiant. Exemple 4 :
Synthèse de SIM-1 par précipitation par ajout d'une base aqueuse
Du nitrate de zinc tétrahydrate (0.5 mmol, 130 mg) and 4-méthyl-5- imidazolecarboxaldéhyde (1 mmol, 1 10 mg) ont été dissous in 5 mL of DMF. Une solution aqueuse de NH4OH (28%) (1 ΓΤΐη"ΐοΙ125μΙ) diluée dans 5ml de DMF (diméthylsulfoxyde) anhydre a été ajoutée au goutte à goutte sous agitation à température ambiante. Pendant l'addition, on précipité blanc est apparu. Après 1 h, la suspension a été centrifugée et le solide a été lavé au DMF pour obtenir un produit blanc en poudre. Exemple 5 : caractérisation Le diagramme de diffraction de la figure 1 est obtenu en DRXP sur appareil Bruker-AXS D5005 avec le rayonnement Cu-Ka1 .
Plus précisément, il est obtenu par analyse radiocristallographique au moyen d'un diffractomètre en utilisant la méthode classique des poudres.
Ce diagramme de diffraction est obtenu par analyse radiocristallographique au moyen d'un diffractomètre en utilisant la méthode classique des poudres avec le rayonnement Και du cuivre (λ = 1 ,5406Â). A partir de la position des pics de diffraction représentée par l'angle 2Θ, on calcule, par la relation de Bragg, les équidistances réticulaire dhw caractéristiques de l'échantillon. L'estimation de l'erreur de mesure A(dhki) sur dhw se calcule par la relation de Bragg en fonction de l'erreur absolue Δ(2Θ) affectée à la mesure 2Θ. Une erreur absolue Δ(2Θ) égale à ± 0,2° est communément admise. L'intensité relative lrei affectée à chaque valeur de dhki est mesurée d'après la hauteur du pic de diffraction correspondant. Le diagramme de diffraction des rayons X du solide cristallisée SIM-1 de l'exemple 1 comporte les raies aux valeurs dhw données au tableau 1 . Dans la colonne des dhki, on a indiqué les valeurs moyennes de distances inter-réticulaires en Angstôms (Â). Chacune de ces valeurs doit être affectée de l'erreur de mesure A(dhki) comprise entre ± 0,2Â et ± 0,008Â.
Valeu rs moyen nes des dhw et intensités
relatives mesurées sur un diagramme de
diffraction de rayons X du solide cristallisé
SIM selon l'invention
dhki [A] l/lo 2theta [degrés]
1 1 .56 F 7.64
8.26 ff 10.70
6.79 f 13.02
6.72 m 13.16
5.95 ff 14.88
5.86 m 15.12
5.81 f 15.24
5.27 ff 16.80
5.25 ff 16.88
4.84 ff 18.32
4.77 f 18.60
4.50 ff 19.70
4.46 f 19.88
4.42 f 20.06
4.18 ff 21 .24 4.17 f 21 .30
3.88 ff 22.88
3.88 ff 22.92
3.71 ff 23.94
3.27 ff 27.26
3.26 ff 27.32
2.95 ff 30.30
2.88 ff 30.98
2.88 ff 31 .04
2.85 ff 31 .36
2.84 ff 31 .50
2.79 ff 32.00
2.77 ff 32.34
2.70 ff 33.18
2.64 ff 33.92
2.51 ff 35.70
2.39 ff 37.58
2.34 ff 38.36
2.1 1 ff 42.92
dans lequel F signifie Fort, m signifie moyen, f signifie faible et ff signifie très faible, l'intensité relative l/lo étant donnée en rapport à une échelle d'intensité relative où il est attribué une valeur de 100 à la raie la plus intense du diagramme de diffraction des rayons X :
ff < 10 ; 10 < f < 20 ; 20 < m < 60 ; F > 60
Exemple 6 : Caractérisation par RMN du proton dé SIM-1 après dissolution Le principe de la méthode de caractérisation de PC par RMN liquide est décrite dans Tanabe, K. K.; Wang, Z. Q.; Cohen, S. M., J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 8508-8517.
Dans un tube RMN, environ 3 mg de SIM-1 de l'exemple 1 ont été introduits et dissous avec un minium de solution d'acide chlorhydrique deutérée (DCI/D20) dans le diméthylsulfoxide hexadeutéré (23 μΙ_ d'une solution à 35% DCI dans D20 diluée dans 1 .0 ml_ de DMSO-c/6). 400 L de DMSO-d6 ont ensuite été ajoutés pour atteindre le volume requis pour la mesure.
Le spectre RMN proton (figure 4) a été mesuré sur un spectromètre Brucker (250 MHz) à température ambiante, correspondant à l'accumulation de 16 scans et calibré sur le signal du DMSO.
La liste des pics correspondants aux hydrogènes du composé est donnée ci- dessous avec, pour chaque valeur du déplacement chimique en ppm , entre parenthèses la multiplicité (s = singulet), le nombre de protons et la fonction chimique correspondante : 1H NMR (250 MHz, DMSO-d6, 21 °C) = 2.51 (s, 3H, méthyl), 8.81 (s, 1 H, cycle imidazoyl), 9.75 (s, 1 H, formyl) ppm.
Les pics à 4.85 et 2.50 ppm qui apparaissent à la figure 4correspondent respectivement à l'eau (H20) et au DMSO présents dans le tube RMN. Il y a un recouvrement partiel de pics entre le DMSO et le pic à 2.51 ppm.
Exemple 7 : détermination d'isothermes d'adsorption par mesure volumétrique Des mesures d'adsorption de C02, CH4 et N2 ont été réalisées de façon usuelle, sur matériel « Belsorp-HP ».
Les résultats apparaissent à la figure 3 et montrent l'intérêt du composé SIM-1 pour la capture du C02.
Exemple 8 : Application en tant que catalyseur
Le composé SIM-1 a été utilisé comme catalyseur de la réaction de trans- estérification entre le décanoate d'éthyle (« ethyl decanoate ») (1 mmol) et le méthanol, utilisé comme solvant, à 130°C pendant 20 heures pour donner le décanoate de méthyle avec une conversion (« yield ») de 43,5 %, la réaction menée sans catalyseur ne donnant que 5% de produit.
Figure imgf000024_0001
ethyl decanoate 130°C, 20h 43.5 % yield
REFERENCES
1) Huang et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 1557 -1559
2) Y. Liu et al. Chem. Commun. 2006, 1488.
3) R. Banerjee et al. Science 319, 939 (2008)
4) W. Morris,et al. J. Am. Chem. Soc, 2008, 130 (38), 12626-12627
5) Park et al. PNAS July 5, 2006 vol. 103_ no. 27 10186-10191 www.pnas.ofi-? cgi doi 10.1073 pnas.0602439103
6) H. Hayashi et al. Nature materials VOL 6 July 2007, 501 -506
7) R. Banerjee et al. J. Am. Chem. Soc, 2009, 131 (1 1 ), 3875-3877

Claims

REVENDICATIONS
1 . Polymère de coordination constitué de connecteurs et ligands comportant une pluralité de structures M-L-M dans lesquelles M est un cation de métal des colonnes VIIB, VIII, IB ou MB de la classification périodique et L est un ligand imidazolate de formule (I)
Figure imgf000026_0001
dans laquelle R1, R2 et R3 représentent, indépendamment l'un de l'autre, H ; un groupe alkyle en C1-C40, de préférence C1-C30, de façon encore préférée C1-C12 ; un groupe alcènyle en C2-C4o, de préférence C2-C3o, de façon encore préférée C2- C12 mono- ou poly-insaturé ; halogéno, de préférence chloro ; nitro ; aryle ; hétéroaryle ; un groupe -O-R4, -S-R4, -C(0)R4, -C(0)NHR4, -C(S)NHR4, dans lesquels R4 représente un groupe alkyle en C1-C40, de préférence C1-C30, de façon encore préférée C1-C12; -CHO ou -R5-C(0)H dans lequel R5 représente un radical alcane-diyle en C1-C40, de préférence C1-C30, de façon encore préférée C1-C12 , l'un au moins de R1, R2 et R3 représentant -C(0)R4, -C(0)NHR4, -C(S)NHR4, - CHO ou -R5-C(0)H, à l'exclusion du cas où R1 est -CHO et R2 et R3 sont H, quand M est Zn.
2. Polymère de coordination selon la revendication 1 , dans lequel M est choisi parmi Zn, Co et Ni, de préférence M est Zn.
3. Polymère de coordination selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'un au moins de R2 et R3 représente CHO, -R5-C(0)H, -C(0)R4, -C(0)NHR4 ou - C(S)NHR4, dans lesquels R4 représente un groupe alkyle en C1-C40, de préférence C1-C30, de façon encore préférée C1-C12 et R5 représente un radical alcane-diyle en C1-C40, de préférence C1-C30, de façon encore préférée C1-C12.
4. Polymère de coordination selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que R1 représente un halogène, hydrogène, un groupe nitro, alkyle, aryle, hétéroaryle, -OR4 ou -SR4 et R2 et R3 représentent, indépendamment l'un de l'autre, un halogène, hydrogène, un groupe nitro, alkyle, alcènyle ou -CO-R4, - alk-CHO ou -CHO, l'un au moins de R2 et R3 étant -CHO ou -R5-CHO.
5. Polymère de coordination selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'un au moins de R1, R2 et R3 représente CHO, de préférence l'un de R2 et
R3.
6. Polymère de coordination selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que R1 est H.
7. Polymère de coordination selon la revendication 1 à 3, dans le lequel R2 est un groupe aldéhyde -alk-CHO ou CHO, R1 représente un groupe alcènyle, -COR4, azido, amino, hydroxy, cyano, alkyle halogéné, thiol, sulfonyle ou sulfoxide, et R3 représente aryle, hétéroaryle, -OR4, -SR4, azido, ami no, hyd roxy, cyano, haloalkyle, thiol, sulfonyle ou sulfoxide.
8. Polymère de coordination selon la revendication 1 , dans lequel le ligand imidazolate est choisi parmi
Figure imgf000027_0001
de préférence le 4-méthyl-5-imidazolecarboxaldéhyde où R1 est H, R2 un groupe méthyle et R3 est -CHO
Figure imgf000027_0002
9. Polymère de coordination selon l'une des revendications 1 à 8, présentant un diagramme de diffraction aux rayons X, incluant au moins les raies définies par le tableau suivant Valeurs
dhki [A] l/lo 2theta [degrés]
1 1 .56 F 7.64
8.26 ff 10.70
6.79 f 13.02
6.72 m 13.16
5.95 ff 14.88
5.86 m 15.12
5.81 f 15.24
5.27 ff 16.80
5.25 ff 16.88
4.84 ff 18.32
4.77 f 18.60
4.50 ff 19.70
4.46 f 19.88
4.42 f 20.06
4.18 ff 21 .24
4.17 f 21 .30
3.88 ff 22.88
3.88 ff 22.92
3.71 ff 23.94
3.27 ff 27.26
3.26 ff 27.32
2.95 ff 30.30
2.88 ff 30.98
2.88 ff 31 .04
2.85 ff 31 .36
2.84 ff 31 .50
2.79 ff 32.00
2.77 ff 32.34
2.70 ff 33.18
2.64 ff 33.92
2.51 ff 35.70
2.39 ff 37.58
2.34 ff 38.36
2.1 1 ff 42.92
dans lequel F signifie Fort, m signifie moyen, f signifie faible et ff signifie très faible.
10. Polymère de coordination selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il présente une structure cristalline ordonnée poreuse dont les pores présentent un diamètre moyen de cavité de l'ordre de 2-10"10 m à 40-10"10 m.
1 1 . Polymère de coordination selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il présente une structure cristalline ordonnée poreuse, dont les pores présentent des tailles des cycles 4R de l'ordre de 2 à 10"10 à 15.10"10 m.
12. Polymère de coordination selon l'une des revendications 1 à 1 1 , caractérisé en ce qu'il présente une structure cristalline ordonnée poreuse de topologie sod.
13. Procédé de préparation d'un polymère de coordination selon l'une des revendications 1 à 12, dans lequel on prépare une solution homogène d'au moins un précurseur cationique et d'au moins un ligand de type imidazolate comportant des subsituants du type aldéhyde, de formule (I)
Figure imgf000029_0001
dans laquelle R1 , R2 et R3 représentent, indépendamment l'un de l'autre, H ; un groupe alkyle en C1-C40, de préférence C1-C30, de façon encore préférée C1-C12 ; alcènyle en C2-C40, de préférence C2-C3o, de façon encore préférée C2-C12 mono- ou poly-insaturé ; halogéno, de préférence chloro ; nitro ; aryle ; hétéroaryle ; un groupe -O-R4, -S-R4, -C(0)R4, -C(0)N H R4 ou -C(S)N H R4, dans lesquels R4 représente un groupe alkyle CrC40, de préférence C1-C30, de façon encore préférée C Ci2 ; -CHO,ou -R5-CHO ; l'un au moins de R1 , R2 et R3 représentant un -CHO ou -R5-C(0)H , à l'exclusion du cas où R1 est -CHO et R2 et R3 sont H, quand M est Zn,
dans un solvant, on chauffe le mélange et/ou on ajoute au mélange une solution d'agent basique et récupère le polymère de coordination obtenu.
14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'on réalise au moins une étape de post-modification de la fonction aldéhyde -CHO ou -R5-C(0)H .
15. Procédé selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce que l'on met la solution de précu rseu r cationiq ue et de ligand en présence d'un support céramique, notamment un support particulaire, de préférence sous forme de billes.
16. Utilisation d'un polymère de coordination selon l'une des revendications 1 à 12 ou obtenu selon l'une des revendications 13 à 15, en tant que tamis moléculaire, pour la séparation de gaz tel que le C02, la nanofiltration de liquides, la transformation catalytique, dans un procédé en biphasique solide/vapeur notamment dans le raffinage des hydrocarbures, dans un procédé multiphasique notamment l'estérification du glycérol.
17. Utilisation d'un polymère de coordination selon l'une des revendications 1 à 12 ou obtenu selon l'une des revendications 13 à 15, pour la transestérification des glycérides.
18. Utilisation selon la revendication 16, les pores du polymère de coordination ayant un diamètre de cavité moyen allant de 2.10"10 m à 40.10"10 m et/ou des tailles de cycles 4R allant de 2-10"10 m à 15-10"10 m.
19. Objet céramique, notamment bille céramique, portant, en couche mince, un polymère de coordination selon l'une des revendications 1 à 12 ou obtenu selon l'une des revendications 13 à 15.
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