This thesis is largely a study of the ADOR process (assembly-disassembly-organisation-reassembly) when applied to zeolite UTL. The final chapter of this thesis deals with the adsorption of the medical gases NO and CO onto the metal organic framework NiNaSIP. Chapter 4 is devoted to the disassembly and organisation steps of the ADOR process. Calcined UTL was hydrolysed using 0.1 – 12 M HCl solutions from 75 – 95 °C run over 10 mins to 72 hrs. A three step mechanism is proposed, which is comprised of an initial rapid hydrolysis that removes the majority of the interlayer constituents of UTL, causing the silica-rich layers to largely collapse. This is followed by a slow, temperature and molarity dependent, deintercalation process that sees the remainder of the interlayer material removed resulting in the full collapse of the layers to form IPC-1P. The third step is a temperature and molarity dependent rebuilding process, whereby the interlayer region is slowly rebuilt, eventually forming a precursor which upon calcination becomes IPC-2 (OKO). Chapter 5 uses the pair distribution function (PDF) technique to structurally confirm the intermediate of the ADORable zeolite UTL. The intermediate, IPC-1P, is a disordered layered compound formed by the hydrolysis of UTL in 0.1 M HCl. Its structure is unsolvable by traditional X-ray diffraction techniques. The PDF technique was first benchmarked against high-quality synchrotron Rietveld refinements of IPC-2 (OKO) and IPC-4 (PCR) – two end products of IPC-1P condensation that share very similar structural features. An IPC-1P starting model derived from density functional theory was used for the PDF refinement, which yielded a final fit of Rw = 18% and a geometrically reasonable structure. This confirms that the layers do stay intact throughout the ADOR process, and shows that PDF is a viable technique for layered zeolite structure determination. Chapter 6 examines the reassembly stage by following the in-situ calcination of a variety of hydrolysed intermediates into their three-dimensional counterparts. Beamline I11 at Diamond Light Source provided high-quality PXRD patterns as a function of temperature, which were refined against using sequential Pawley refinements to track the unit cell changes. 0.1, 1.75, 2.5 and 12 M hydrolysed lamellar precursor phases were calcined. The largest unit cell changes were observed for 0.1 M, and the smallest for 12 M. This shows that increasing the molarity must prebuild most of the interlayer connections, such that upon calcination, only minimal condensation occurs to fully connect the layers. Chapter 7 probes the uptake of the medical gases CO and NO into the metal organic framework NiNaSIP. An in-situ single-crystal XRD study was undertaken using an environmental gas cell at beamline 11.3.1 at the Advanced Light Source. NiNaSIP was first dehydrated to reveal an open nickel site, which acted as the main site of adsorption for the inputted gases. NO was observed in a bent geometry at an occupancy of 40 % and a Ni – N bond length of 2.166(16) Å. The oxygen was modelled to be disordered over two sites. CO was not fully observed, as only the carbon was able to be modelled with an occupancy of 31.2 % and a Ni – C bond length of 2.27(3) Å.

La synthèse et la caractérisation de nouveaux matériaux sont des enjeux majeurs en chimie et en physique. En particulier, les réseaux organométalliques (metal –oganic frameworks : MOFs) avec deux ou plusieurs fonctionnalités couplées, encore rares, sont très attractifs en raison de leur grande variété de propriétés et de leurs applications prometteuses connectant de nombreuses disciplines.Le développement de nouveaux matériaux fascinants peut avoir un impact considérable sur notre vie quotidienne, ce qui explique en partie l'intensification de la recherche dans le cadre de la science des matériaux et de la matière condensée.Cette thèse se concentre sur la synthèse et la caractérisation des propriétés physiques de structures magnétiques basées sur le formiate de métal en utilisant la combinaison de diffraction par neutrons et par rayons X ainsi que d'autres techniques.Les réseaux de métal-formiate sont un sous-groupe spécifique des réseaux organométalliques, typiquement synthétisés en faisant réagir un ligand organique avec un sel métallique sous des conditions solvo-thermiques ou par des techniques d'évaporation ou de diffusion lente. Les centres métalliques sont liés par des molécules de formiate formant un cadre anionique qui peut être équilibré électrochimiquement par des amines protonées.Dans ce travail, j’ai étudié la structure cristalline, les transitions de phases et les propriétés magnétiques de deux familles de composés qui sont représentés par les composés hétéro-métalliques ou à valence mixtes, adoptant une structure de type niccolite et des composés homo-métalliques adoptant une structure pérovskite (ABX3). Les composés suivants ont été synthétisés et caractérisés: [(CH3)2NH3][FeIIIMII(HCOO)6] (M = Mg, Mn, Fe, Co, Ni), [(CH3)2NH3][FeIIIFeII(HCOO)6], [(CH3NH3)[M(HCOO)3] (M = Co, Mn, Fe, Ni, Cu), and [(NH4)[Mn(HCOO)3].Le choix d'utiliser des ions métalliques spécifiques a été motivé par leur configuration électronique différente et, par conséquent, par les différents comportements physiques, c'est-à-dire une grande différence bien connue dans l'anisotropie magnétique des différents ions divalents utilisés dans cette étude. Outre les effets sur les propriétés lorsque différents ions métalliques divalents sont introduits dans la structure, un autre aspect intéressant est l’effet produit en changeant la nature des contre-ions. Même s'il n'y a pas de corrélation claire entre le contre-ion sélectionné et le changement de comportement magnétique, la diffraction des neutrons permet d'élucider les différences dans la structure nucléaire et dans la structure magnétique lorsque différents contre-ions sont utilisés. Par ailleurs, ce travail, nous aide à comparer nos résultats neutroniques avec les mesures complémentaires de magnétométrie. Une variété de phénomènes magnétiques tels que le comportement ferromagnétique, l'ordre antiferromagnétique, l’angle de basculement spin ont été observés dans les composés étudiés. De plus, du point de vue de la structure nucléaire, différentes transitions de phases ont été détectées impliquant par exemple l'ordre-désordre du contre-ion employé (dans [(CH3)2NH3][FeIIIMII(HCOO)6] par exemple), ou le passage d'une phase commensureable à une phase incommensurable donnant lieu à une modulation de la structure (dans [(CH3NH3)[Co(HCOO)3] par exemple). / The synthesis and the characterization of new materials are key challenges in chemistry and physics. In particular, metal–organic frameworks (MOFs) with two or more coupled functionalities are still rare and very attractive candidates because of their wide variety of properties, and promising applications interesting many disciplines. The impact of the development of new fascinating materials on our day life might be considerable. This is also one of the reason explaining the intense increasing of the research in material science and condensed matter.This thesis is focused on the synthesis and the physical characterization of magnetic metal formate frameworks using the combination of neutron and synchrotron X-Ray diffraction as well as other techniques. Metal-formate frameworks are a specific subgroup of metal-organic frameworks, where the metal centres are linked by the formate molecules to form an anionic framework. The negative charge of the framework is balanced by a counter-cation inside the frameworks’ cavities, that can be for example protonated amines.Typically, these compounds are synthesized by reacting formate or formic acid with a metal salt under solvo-thermal conditions or by slow evaporation or diffusion techniques.In this work, I investigated the crystal structure, phase transitions and magnetic properties of two families of metal formate frameworks, which are represented by the hetero-metallic or mixed valance compounds adopting a niccolite-like structure, and the homo-metallic compounds adopting a perovskite-like (ABX3) structure.Altogether, the following compounds were synthesized and characterized: [(CH3)2NH3][FeIIIMII(HCOO)6] (M = Mg, Mn, Fe, Co, Ni), [(CH3)2NH3][FeIIIFeII(HCOO)6], [(CH3NH3)[M(HCOO)3] (M = Co, Mn, Fe, Ni, Cu), and [(NH4)[Mn(HCOO)3].The choice of using specific metal ions has been motivated by their different electronic configuration and therefore different physical behaviours, i.e. a large difference in the magnetic anisotropy is well known among the different divalent ions used in this study. Beside the effects on the properties when different divalent metal ions were introduced within the framework, the effects of the nature of the counterions was investigated.Even though there is not a clear correlation between the selected counterion and the change of magnetic behaviour, neutron diffraction allows elucidating the differences in the nuclear and in the magnetic structure when different counterions are used. Moreover, these works help us to compare our neutron results with the magnetometry measurements, which is a complementary technique.A variety of magnetic phenomena such as ferromagnetic behaviour, antiferromagnetic ordering, spin canting have been observed in the compounds studied. Furthermore, from the nuclear structure point of view many different kind of phase transitions were detected involving for instance, the order-disorder of the counter ion employed (in [(CH3)2NH3][FeIIIMII(HCOO)6] for example), or the transition from a commensurate to incommensurate phase giving rise to a modulation of the structure (in [(CH3NH3)[Co(HCOO)3] for example).

Metal–organic materials (MOMs), a type of porous crystalline structure composed of organic ligands jointed with metal ions, have captured the interest of scientists as potentially useful in gas sorption applications. Some of the most crucial avenues of investigation are in H2 storage (for use as a clean burning fuel source) and CO2 capture and sequestration (to remove the greenhouse gas from the environment). A major advantage of MOMs for such applications is their high variability in terms of physical dimensions and chemical moieties, based on composition and synthesis conditions, making them potentially customizable for specific application if necessary structural characteristics are known. Computational experimentation is an important avenue for determining such specifications as it allows examination of gas/MOM interaction at the molecular level. In this dissertation a number of MOM structure are computationally studied in order to elucidate gas sorption mechanisms. These systems were probed by classical simulation using grand canonical Monte Carlo with a carefully chosen set of intermolecular interaction parameters. While the focus of this work is specifically H2 and CO2 sorptive behavior, the insights gained from simulation extend beyond these specific applications. Addressed first are a series of MOMs with rht topology, which possesses asymmetric copper paddle-wheels and easily functionalized linkers. Beginning with a prototypical structure and then branching out into more chemically interesting variants revealed surprising gas sorption behavior about the metal paddle-wheels (with a definite preference for one copper over its counterpart). A synthetic strategy for controlling the preferred open-metal sorption site through the inclusion of electron rich functionality in the linker bodies, was also revealed. An additional MOM with similar composition components, exhibiting zyg topology, also showed this metal preference effect on the asymmetric paddle-wheels. A second class of MOMs, composed of square-pillared grids and known as the SIFSIX series (due to the inclusion of SiF62− as pillaring units) was also examined. These structures have been shown excellent results for CO2 sorption making the elucidation of the sorptive mechanisms of great interest. Six different structures were examined, probing the effects of linker length, metal selection, and interpenitration of unbonded scaffolds. The nature of the CO2-MOM sorption interactions were revealed through simulation and provided insights regarding the synergistic effect of pore dimensions and SiF62− functionality for specifying specific behavior (i.e. high selectivity vs. high uptake). A final MOM, composed of Y3+ ions and chemically complex linkers, was also examined. Disorder in the crystallographic data (e.g. single atoms with multiple positions) indicated the coexistance of notably different unit cells in the same system. Nevertheless, simulations revealed favored sorption sites in conjunction with results from physical experimentation.

The work highlighted in this dissertation comprises of syntheses and characterizations of coordination driven supramolecular compounds. The synthesized complexes are characterized by IR spectroscopy, multinuclear NMR spectroscopy and single crystal structure determination. Chapter 2: In this chapter we attempted to make a three dimensional self-assembled cage by the reaction between N, N’, N’’- tris(3-pyridyl)trimesic amide a tritopic donor and Pt(II) based 90° ditopic acceptor cis-(dppe)Pt(II)(OTf)2 [dppe = 1,2-bis(diphenylphosphino)ethane]. It resulted in a trigonal bipyramidal structure. The cage was characterized by single crystal XRD and FT-IR spectra. Chapter 3: In this chapter we have reported the synthesis and characterization of two hereby unknown metal containing carboxylic acid ligands containing the Pt-ethynyl moiety. Also we have shown the preparation and structure analysis of a copper containing metal-organic framework incorporating one of the Pt-ethynyl containing carboxylic acid ligand. This has resulted in the formation of a very interesting hetero-metallic MOF which is quite uncommon in literature.

The effect of inclusion of explicit polarization is investigated through several theoret- ical studies of crystalline porous materials herein. In addition to the use of Monte Carlo simulation for such studies, a robust molecular dynamics software is presented which is suitable for analyzing time dependent properties of gases or other molecules in porous materials and other condensed phase systems. Metal-organic frameworks (MOFs) are the main focus of the work included here, a relatively young class of materials originally in- troduced in the early 1990s. These are usually three dimensional crystalline nanoporous materials that exhibit unique properties such as gas separation, storage and catalysis. They are synthesized by the combination of a metal ion e.g. Cu2+ with an organic linker e.g. benzene dicarboxylate. They are a very popular topic of scientific research due to the diversity in possible structures and manifold utility – finding applications in electron transfer, sensing, drug release etc. Industrially, MOFs like HKUST-1 and others are on the global market for use in gas storage and separation in fuel cell and raw materials processing. These materials are often ideal candidates for computer simulation owing to their crystalline nature – a very large atomic system (that is, moles of particles) can be under- stood by only evaluating one or a few unit cells of the MOF, usually less than 5,000 atoms, and macroscopic properties such as gas sorption capacity and diffusion coefficients can be calculated through extrapolation of atomistic interactions in a mathematically infinite lattice. The software developed by the space group as of 2005, Massively Parallel Monte Carlo (MPMC), allows for sophisticated calculation of repulsion dispersion, electrostatic and polarization energies. In this work, Monte Carlo Molecular Dynamics (MCMD) is in- troduced, which can hybridize both methods to explore the phase space of a system with ease and better efficiency, as well as explore the effects of MOF flexibility and dynamic properties which to-date are rarely studied. Studies involving primarily CO2, H2 and CH4 will be presented, but other gases investigated include C2 H2 , C2 H4 , C2 H6 , N2 , H2 O and others. Metal-organic materials with a wide variety of composition and structure will also be presented. Finally, features of the software MCMD will be presented for use by future studies.

Two new mesoporous metal–organic frameworks (DUT-75 and DUT-76) with exceptional ethene uptake were obtained using carbazole dicarboxylate based metal–organic polyhedra as supermolecular building blocks. The compounds have a total pore volume of 1.84 and 3.25 cm³ gˉ¹ and a specific BET surface area of 4081 and 6344 m² gˉ¹, respectively, and high gas uptake at room temperature and high pressure.

In dieser Arbeit werden verschiedene MOF Materialien die sich für die Wasseradsorption eignen hinsichtlich Ihrer Wasseradsorptionseigenschaften untersucht. Das vielversprechendste Material wird ausgewählt und an einem Prüfstand für Lufttrocknerkartuschen untersucht. Für diese Messungen ist eine geeignete Formgebung des Pulvers von Nöten, welche eine wichtige Rolle in dieser Arbeit spielt. Das Material Cu3(BTC)2 wurde hier zu monolithischen Formkörpern verarbeitet. Eine weitere Art der Formgebung war das Pressen von Papieren sowie das direkte Kristallwachstum auf Zellulose Fasern. Desweiteren wurden die Materialien hinsichtlich der Trocknung von n-Heptan untersucht, was hier als Referenz für Dieselkraftstoffe herangezogen wurde. Die Analytik wurde mittels Karl-Fischer Titration duchgeführt. MOF Materialien wurden in beiden Fällen mit kommerziell verwendeten Zeolithen und Silikagel verglichen. / Metal-organic frameworks (MOFs) were investigated for their possible use in drying of compressed air in air braking systems for commercial vehicles. Another possible application was the drying of diesel fuel. In this context, n-heptane was chosen as a reference for diesel fuel. Selected metal-organic frameworks were characterized regarding the water adsorption properties by recording water adsorption isotherms. The most promising material was further investigated on a air-drying cartridge test rig. In order to perform these tests, the powder had to be processed to monolithic structures, beads or paper sheets,i.e. a shape that is suitable for the given application. The MOF Cu3(BTC)2 was sucessfully extruded to monolithic structures, which were used in the test rig experiments. Another possibility for immobilization of Cu3(BTC)2 was the crystal growth on pulp fibers. N-heptane drying isotherms were measured on selected samples making use of Karl-Fischer coulometric titration. In both applications, MOF materials were compared with silica based desiccants.

Ziel der durchgeführten Arbeiten war die Etablierung neuer Synthesestrategien zur Gewinnung chiraler metall-organischer Gerüstverbindungen (engl: Metal-Organic Frameworks, MOFs). Hierfür wurden drei verschiedene Ansätze verfolgt. Zunächst sollte die Einbringung einer chiralen Dicarbonsäure mit einem 2,2´-Spirobiindan-Gerüst in ein MOF-Netzwerk untersucht werden. Im Rahmen einer Kooperation wurden neue mit chiralen Oxazolidinonen substituierte 4,4´,4´´-Benzol-1,3,5-triyl-tribenzoesäuren H3ChirBTB-n (n = 1, 2) entwickelt, die ebenfalls zur Synthese neuer chiraler MOFs dienten. Die Modifizierung bekannter nicht-chiraler metall-organischer Gerüstverbindungen mit koordinativ ungesättigten Metallatomen durch Anbindung chiraler Amine stellte die dritte Synthesestrategie dar. Im Rahmen der letztgenannten Syntheseroute wurde für MIL-101 (MIL = Matérial Institut Lavoisier) eine sehr hohe katalytische Aktivität in der Cyanosilylierung von Benzaldehyd nachgewiesen. Die Umsetzung mit chiralen Aminen führte jedoch nicht zu einem enantioselektiven Katalysator. Im Gegensatz dazu konnten die ersten beiden Synthesewege zur Gewinnung neuer chiraler metall-organischer Gerüstverbindungen erfolgreich beschritten werden. Durch solvothermale Reaktion von (S)-2,2´-Spirobiindan-5,5´-dicarbonsäure ((S)-H2Spiro-BIDC) mit Zinknitrat in N,N-Dimethylformamid (DMF) wurde eine neue chirale metall-organische Gerüstverbindung namens DUT-7 (DUT = Dresden University of Technology) der Zusammensetzung Zn4O((S)-Spiro-BIDC)3 dargestellt. Neben einer unerwarteten, zweifach interpenetrierten Netzwerkstruktur mit hexagonalen Kanälen weist DUT-7 eine für MOFs bislang noch nicht beobachtete temperaturinduzierte, reversible Strukturänderung auf. Die zweite neue Strategie zur Gewinnung chiraler MOFs beinhaltete die Umsetzung der chiralen Tricarbonsäuren H3ChirBTB-n, die entweder (S)-4-iso-Propyl- (n = 1) oder (S)-4-Benzyl-1,3-Oxazolidin-2-on-Substituenten (n = 2) tragen. Die beiden gewonnenen Verbindungen Zn3(ChirBTB-1)2 und Zn3(ChirBTB-2)2 weisen trotz gleicher Zusammensetzung völlig unterschiedliche Kristallstrukturen auf. Beide Materialien wurden erfolgreich in der Mukaiyama-Aldol-Reaktion von Benz- bzw. 1-Naphthaldehyd mit 1-Methoxy-2-methyl-1-(trimethylsiloxy)propen eingesetzt, wobei ihre katalytische Aktivität mit verschiedenen Referenzkatalysatoren verglichen wurde. Die erzielten Enantiomerenüberschüsse (ee) liegen zwischen 6 und 16%. Auf der Suche nach neuen, für die Einbringung der ChirBTB-n-Liganden geeigneten MOF-Strukturen wurde auch die Umsetzung der reinen, nicht chiralen 4,4´,4´´-Benzol-1,3,5-triyl-tribenzoesäure (H3BTB) untersucht. Die Reaktion mit Nickelnitrat führte zur Bildung einer neuen hochporösen Verbindung namens DUT-9 mit der Zusammensetzung Ni5O2(BTB)2(DEF,DMF)4(H2O)4. DUT-9 weist neben den auf dem Gebiet der MOF-Forschung bislang unbekannten Ni5O2-Clustern eine noch nicht beschriebene dreidimensionale (3,6)-Netzwerktopologie auf. Das neue Material zeigt zudem exzellente Speicherkapazitäten für Wasserstoff, Methan und Kohlenstoffdioxid. / The present work aims on the search for new synthesis strategies towards chiral Metal-Organic Frameworks (MOFs). Three different approaches were pursued. Initially, the integration of a chiral dicarboxylic acid with a 2,2´-spirobiindane backbone into a MOF network was investigated. Within a cooperation, new 4,4´,4´´-benzene-1,3,5-triyl-tribenzoic acids H3ChirBTB-n (n = 1,2) with chiral oxazolidinone substituents were developed which were also used for the assembly of chiral MOFs. The third synthesis strategy involved the tethering of chiral amines to coordinatively unsaturated metal atoms of known non-chiral Metal-Organic Frameworks. Within the last-mentioned approach, the very high catalytic activity of MIL-101 (MIL = Matérial Institut Lavoisier) towards the cyanosilylation of benzaldehyde was demonstrated. Treatment with chiral amines did not lead to an enantioselective catalyst. In contrast, the first two synthesis strategies could be performed successfully. A new MOF named DUT-7 (DUT = Dresden University of Technology) with composition Zn4O((S)-Spiro-BIDC)3 was obtained by solvothermal reaction of (S)-2,2´-spirobiindane-5,5´-dicarboxylic acid ((S)-H2Spiro-BIDC) with zinc nitrate in N,N-dimethylformamide (DMF). Besides an unexpected, two-fold interpenetrated framework structure with hexagonal channels, DUT-7 shows a temperature induced, reversible structure transformation not yet observed. The other new strategy to obtain chiral Metal-Organic Frameworks involved the conversion of the chiral tricarboxylic acids H3ChirBTB-n bearing either a (S)-4-iso-propyl- (n = 1) or a (S)-4-benzyl-1,3-oxazolidin-2-one substituent (n = 2). Though having the same framework composition, the new compounds Zn3(ChirBTB-1)2 and Zn3(ChirBTB-2)2 exhibit completely different crystal structures. Both materials were tested in the Mukaiyama aldol reaction between benzaldehyde or 1-naphthaldehyde, respectively, and 1-methoxy-2-methyl-1-(trimethylsiloxy)propene and their catalytic activity was compared to different reference catalysts. Enantiomeric excess values (ee) between 6 and 16% were obtained. In search of new MOF structures being suitable for the integration of the ChirBTB-n linkers, the conversion of the pure, non chiral 4,4´,4´´-benzene-1,3,5-triyltribenzoic acid (H3BTB) was investigated. The reaction with nickel nitrate lead to the formation of a new, highly porous compound Ni5O2(BTB)2(DEF,DMF)4(H2O)4 named DUT-9. Besides Ni5O2 clusters which are a novelty in MOF chemistry, DUT-9 exhibits a three dimensional (3,6)-network topology not yet described. In addition, the new material shows excellent storage capacities for hydrogen, methane and carbon dioxide.

Im Hinblick auf eine spätere Anwendung als Katalysatorträger in Hydrierungsreaktionen wurden in dieser Arbeit Adsorptionseigenschaften von Metall-Organischen Gerüstverbindungen (MOFs) in der Flüssigphasenadsorption untersucht. In den Experimenten wurden Materialien gegenübergestellt, bei denen entweder freie Koordinationsstellen am Metallatom (MIL 101, DUT 9, HKUST 1) oder eine abgeschlossene Koordinationssphäre (MOF 5, Zn4O(btb)2, Zn2(bdc)2dabco, ZIF 8, DUT 4, DUT 6) in der Struktur vorlagen. Die Substrate und Lösungsmittel wurden hinsichtlich auf die spätere Verwendung als Edukte in der Hydrierungsreaktion ausgewählt. Neben dem polaren Zimtsäureethylester kamen unpolare Substrate wie Styrol, cis-Cyccloocten und Diphenylacetylen zum Einsatz. Die Materialien wurden desweiteren auf ihre Eignung und Stabilität in der Flüssigphasenhydrierung getestet. Da die untersuchten Metall-Organischen Gerüstverbindungen selbst nicht hydrieraktiv sind, wurden sie als Matrix für die Synthese von Palladium-Nanopartikeln (mittels Incipient Wetness Infiltration) verwendet. Als Referenzkatalysatoren kamen kommerziell erhältliche Pd-Trägerkatalysatoren (Pd@C, Pd@NoritA) und Pd@MOF 5 zum Einsatz. Bei den Experimenten erwies sich Pd@MIL 101 als besonders stabil gegenüber den Reduktions- und Reaktionsbedingungen, sowohl in Gasphasen- als auch Flüssigphasenhydrierungen. Die erzielten Ergebnisse zeigen den starken Einfluss des spezifischen Porenvolumens, der Form der Pore bzw. des Poreneingangs, der Polarität des Substrates und des verwendeten Lösungsmittels auf die adsorbierte Substratmenge. Sie verdeutlichen die Relevanz von Adsorptionsuntersuchungen an neuen Materialien. Das Verständnis der Wechselwirkungen zwischen den verwendeten Lösungsmitteln, Substraten und Adsorbentien ist ein entscheidender Faktor bei der Optimierung von Adsorptionsprozessen und bei der Verwendung von MOFs in heterogen katalysierten Reaktionen. Diese Arbeit zeigt das hohe Potential von Metall-Organischen Materialien im Bereich der heterogenen Katalyse. Unter Verwendung dieser Verbindungen als Trägermaterialien für Palladium können sehr hohe Aktivitäten in Hydrierungsreaktionen erreicht werden, welche z.T. auch industriell genutzte, Aktivkohle basierte Pd-Trägerkatalysatoren übertreffen.

Zielstellung der durchgeführten Arbeiten war die Entwicklung neuer hochporöser metall-organischer Gerüststrukturen (engl.: metal-organic frameworks, MOFs) durch die Verwendung aufgeweiteter Linkermoleküle. Hierfür wurden verschiedene Synthesestrategien verfolgt. Zum einen wurde die Ausbildung von Layer-Pillar-Strukturen auf der Basis von Anthracen-Linkern genutzt, um poröse und sehr stabile metall-organische Gerüstverbindungen darzustellen. Außerdem wurden aufgeweitete trigonale Linkermoleküle bzw. eine Kombination von bi- und tridentaten Liganden verwendet, um hochporöse Koordinationspolymere zu synthetisieren. Zudem wurde die Synthese chiraler poröser Koordinationspolymere durch die Nutzung des modifizierten TADDOL-Katalysators als chirale organische Komponente verfolgt, um somit einen heterogenen Katalysator für die enantioselektive Katalyse zu gewinnen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit konnten die verschiedenen Synthesestrategien erfolgreich angewendet werden. Durch die Umsetzung des bidentaten Linkers 4,4´-Anthracen-9,10-diyldibenzoesäure und dem Säulenliganden 1,4-Diazabicyclo[2.2.2]octan (Dabco) mit verschiedenen Metallsalzen konnte eine neue Reihe isotyper, poröser Layer-Pillar-Verbindungen (DUT-30, DUT = Dresden University of Technology) mit einer sehr guten Stabilität gegenüber Luft und Feuchtigkeit dargestellt werden. Die Strukturen zeigen eine äußerst hohe Flexibilität, sodass sieben verschiedene Phasen der Verbindungen gefunden werden konnten. Dadurch sind diese Materialien prädestiniert zur Entfernung von Schadstoffen, wie z.B. organischen Lösungsmitteldämpfen, aus der Luft. Auch die Verwendung von trigonalen Linkern kann zur Synthese hochporöse Koordinationspolymere genutzt werden. Dies wurde anhand des Linkers 1,3,5-Tri-(4´-carboxy(1,1´-biphenyl)-4-yl)benzen erprobt. Die Umsetzung des Linkers mit Zinknitrat bzw. Cobaltnitrat führte zu den hexagonalen Schichtstrukturen DUT-40 und DUT-44. DUT-43 besteht ebenfalls aus einer derartigen hexagonalen Schichtstruktur, wobei hier jedoch die Verwendung von 4,4´-Biphenyldicarbonsäure als Co-Linker eine teilweise Verknüpfung der Schichten ermöglicht. Außerdem konnte durch die Umsetzung des tridentaten Linkers mit Kupfernitrat die Struktur von DUT-54 gebildet werden. In dieser liegen eindimensionale Stränge vor, wobei es zu einer gegenseitigen Durchdringung kommt und damit eine dreidimensionale Kanalstruktur entsteht. Eine weitere Synthesestrategie zur Erzeugung hochporöser Materialien nutzt die Verwendung von Co-Linkern für die Erzeugung der Koordinationspolymere. Hier war in der Vergangenheit vor allem die Kombination von bi- und tridentaten Linkern erfolgreich. Nutzt man als bidentaten Vertreter 9,10-Anthracendicarbonsäure, so eignet sich 4,4´,4´´-Benzen-1,3,5-triyltribenzoesäure als tridentater Co-Linker. Die solvothermale Umsetzung der beiden Linker in verschiedenen Lösungsmittelgemischen führte zu zwei neuen porösen Kooordinationspolymeren, welche beide Linkerarten enthalten. Um jedoch gezielt ein hochporöses und stabiles Material erzeugen zu können wurde eine Struktur simuliert, welche isoretikulär zu der bekannten Struktur DUT-6 ist, welche ebenfalls nach dem Prinzip der Kombination von bi- und tridentaten Liganden dargestellt wurde. Die zu erzeugende Struktur beruht auf dem tridentaten Linker 1,3,5-Tri-(4´-carboxy-(1,1´-biphenyl)-4-yl)-benzen und dem bidentaten Linker 1,4-Bi-p-carboxyphenylbuta-1,3-dien, welcher exakt die richtige Länge aufweist, um in diese Struktur eingebaut zu werden. Die Umsetzung von basischem Zinkacetat mit einem Gemisch der beiden Linker führte zu der zuvor simulierten Struktur. Für diese Verbindung, DUT-60, konnte eine spezifische Oberfläche von 6500 m2g-1 und ein Porenvolumen von 3.5 cm3g-1 berechnet werden, welche zu den höchsten jemals für poröse Koordinationspolymere ermittelten Werte gezählt werden können. Ein weiterer Bereich der vorliegenden Arbeit galt der Entwicklung eines neuen chiralen und porösen Koordinationspolymers, welches in der heterogenen enantioselektiven Katalyse eingesetzt werden kann. Dafür wurde der aus der homogenen Katalyse bekannte TADDOL-Linker modifiziert. Durch die solvothermale Umsetzung dieses Linkers mit Zinknitrat konnte die Verbindung DUT-39 erhalten werden. Diese zeigt hervorragende Werte bezüglich ihres Adsorptionsverhaltens für verschiedene Gase und zählt somit zu den chiralen, metall-organischen Gerüstverbindungen mit den höchsten Porositäten. Außerdem zeigt die Verbindung eine hohe thermische Stabilität sowie eine gute Stabilität gegenüber Luftfeuchte, was sie zu einem attraktiven Kandidaten für die heterogene enantioselektive Katalyse macht.