CD-MOFs

CD-MOFs sind metallorganische Gerüstverbindungen (MOFs) auf Basis von Cyclodextrinen als Linker. Als Konnektoren werden meist Alkalimetallkationen verwendet.[1] CD-MOFs werden als grüne MOFs bezeichnet, da sie im Gegensatz zu den meisten anderen metallorganischen Gerüstverbindungen auf den Einsatz giftiger bzw. umweltschädlicher Chemikalien verzichten. Diese Tatsache eröffnet für CD-MOFs neue Anwendungsbereiche, vor allem in der sogenannten Drug delivery, also dem möglichst gezielten und effizienten Freisetzen medizinischer Wirkstoffe. Dabei wird in einem Medikament der Wirkstoff in den CD-MOF eingelagert, um so z. B. verträglicher[2] oder thermisch stabiler zu werden.

Es sind CD-MOFs von α-, β- und γ-Cyclodextrin bekannt.[1] Der γ-CD-MOF mit Kaliumionen ( ${\ce {K+}}$ ) als Konnektoren, auch CD-MOF-1 genannt, ist der am besten untersuchte CD-MOF.

Potentielle Anwendungsbereiche

Gasspeicherung

Wie viele andere metallorganische Gerüstverbindungen können CD-MOFs Gase einlagern. Besonders die Einlagerung von Kohlenstoffdioxid ( ${\ce {CO2}}$ ) ist detailliert dokumentiert und untersucht worden.[3][4] Diese findet nicht wie bei MOFs üblich als Physisorption statt, sondern als Chemisorption.

Chemisorption von

{\ce {CO2}}

an das Cyclodextrin im CD-MOF unter Freisetzung eines

{\ce {H+}}

-Ions.

Trennverfahren

Auch für chemische Trennverfahren wird die Eignung von CD-MOFs untersucht. Der γ-CD-MOF ist in der Lage, ein Gemisch aus Benzol, Toluol, Ethylbenzol und Xylol in die einzelnen reinen Lösemittel zu trennen – sowohl in der flüssigen als auch in der Gasphase.[5] Neben den Trennungen verschiedener organischer Lösemittel ist der CD-MOF auch in der Lage, Enantiomere einiger chiraler Moleküle, wie z. B. Limonen und 1-Phenylethanol, zu trennen.[5]

Einzelnachweise

T. Rajkumar, Deepak Kukkar, Ki-Hyun Kim, Jong Ryeul Sohn, Akash Deep: Cyclodextrin-metal–organic framework (CD-MOF): From synthesis to applications. In: Journal of Industrial and Engineering Chemistry. Band 72, 25. April 2019, S. 50–66, doi:10.1016/j.jiec.2018.12.048.
Yuanzhi He Wei, Zhang Tao Guo, Guoqing Zhang: Drug nanoclusters formed in confined nano-cages of CD-MOF: dramatic enhancement of solubility and bioavailability of azilsartan. In: APSB. 1. Auflage. Nr. 9, 2019, S. 97–106, doi:10.1016/j.apsb.2018.09.003.
Ton Kar Yan, Anna Nagai, Wataru Michida, Katsuki Kusakabe, Suzana binti Yusup: Crystal Growth of Cyclodextrin-based Metal-organic Framework for Carbon Dioxide Capture and Separation. In: Procedia Engineering. Band 148, 2016, S. 30, doi:10.1016/j.proeng.2016.06.480.
D. Wu, J. J. Gassensmith, D. Gouvêa, S. Ushakov, J. F. Stoddart, A. Navrotsky: Direct Calorimetric Measurement of Enthalpy of Adsorption of Carbon Dioxide on CD-MOF-2, a Green Metal–Organic Framework. In: J. Am. Chem. Soc. 135. Auflage. Nr. 18, 2013, S. 6790–6793, doi:10.1021/ja402315d.
K. J. Hartlieb, J. M. Holcroft: CD-MOF: A Versatile Separation Medium. In: J. Am. Chem. Soc. 138. Auflage. Nr. 7, 2016, S. 2292–2301, doi:10.1021/jacs.5b12860.

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[:0-1] T. Rajkumar, Deepak Kukkar, Ki-Hyun Kim, Jong Ryeul Sohn, Akash Deep: Cyclodextrin-metal–organic framework (CD-MOF): From synthesis to applications. In: Journal of Industrial and Engineering Chemistry. Band 72, 25. April 2019, S. 50–66, doi:10.1016/j.jiec.2018.12.048.

[2] Yuanzhi He Wei, Zhang Tao Guo, Guoqing Zhang: Drug nanoclusters formed in confined nano-cages of CD-MOF: dramatic enhancement of solubility and bioavailability of azilsartan. In: APSB. 1. Auflage. Nr. 9, 2019, S. 97–106, doi:10.1016/j.apsb.2018.09.003.

[3] Ton Kar Yan, Anna Nagai, Wataru Michida, Katsuki Kusakabe, Suzana binti Yusup: Crystal Growth of Cyclodextrin-based Metal-organic Framework for Carbon Dioxide Capture and Separation. In: Procedia Engineering. Band 148, 2016, S. 30, doi:10.1016/j.proeng.2016.06.480.

[4] D. Wu, J. J. Gassensmith, D. Gouvêa, S. Ushakov, J. F. Stoddart, A. Navrotsky: Direct Calorimetric Measurement of Enthalpy of Adsorption of Carbon Dioxide on CD-MOF-2, a Green Metal–Organic Framework. In: J. Am. Chem. Soc. 135. Auflage. Nr. 18, 2013, S. 6790–6793, doi:10.1021/ja402315d.

[:1-5] K. J. Hartlieb, J. M. Holcroft: CD-MOF: A Versatile Separation Medium. In: J. Am. Chem. Soc. 138. Auflage. Nr. 7, 2016, S. 2292–2301, doi:10.1021/jacs.5b12860.