Green coordination polymers for catalysis and medicine
- Reference number
- ICA16-0038
- Start and end dates
- 170901-210831
- Amount granted
- 3 998 166 SEK
- Administrative organization
- Stockholm University
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
Coordination polymers (CPs) and porous metal-organic frameworks (MOFs) are an emerging class of hybrid inorganic-organic materials with potential applications in catalysis, sensors, gas storage, and separation. It is surprising that the use of bismuth as the metal cation has not been sufficiently explored especially for its low cost, nontoxicity, medical and catalytic properties. Novel nontoxic CPs and MOFs will be developed with bismuth for applications in drug delivery, antimicrobials and heterogeneous catalysis. Not only will the materials be used to store and release active pharmaceutical compounds as guest species from their pores, but the frameworks themselves will have antimicrobial properties. The same materials will be used as green heterogeneous catalysts to synthesize organic compounds without the large stoichiometric amount of waste produced in industrial processes. Synthesis, catalytic and drug delivery mechanisms will be investigated by in situ synchrotron radiation-based experiments. The project will be executed by the applicant and a PhD student along with a network of collaborators. The first half of the project will focus on the synthesis of novel materials while the second half will focus on applications. The materials will have higher levels of multifunctionality compared to other drug-delivery hosts. The improved understanding of the operation mechanisms will allow us to develop materials with optimized catalytic and medical properties.
Popular science description
Nanoporösa material innehåller uniforma porer och kanaler med diametrar som är på molekylär nivå. En ny uppkommande klass av oorganisk-organisk hybridmaterial, så kallade KP (koordinationspolymerer), har undersökts sedan 1990-talet. KP bildas genom att oorganiska metall katjoner kopplas samman med organiska molekyler. En del KP med porösa 3-dimensionella nätverksstrukturer kallas MOF (metal-organic framework). MOF har betydligt fler kemiska och strukturella variationer, vilket gör att de potentiellt kan ha många olika tillämpningar. Vi kommer att utveckla nya miljövänliga och giftfria multifunktionella KP och MOF för tillämpning inom medicin och katalys som ännu har inte undersökts. KP och MOF kommer att skapas med hjälp av vismut katjoner. Vi kommer att använda vismut-MOF för att leverera läkemedel på ett kontrollerat sätt, men själva nätverksstrukturer kommer också att ha en antibakteriell funktion. Vismutföreningar är aktiva i att utrota H. pylori, en bakterie som finns i mer än hälften av världens befolkning, och som orsakar en mängd olika gastrointestinala problem såsom magsår och magcancer. Vi kommer också att använda organiska molekyler som har medicinska egenskaper som till exempel anti-inflammatoriska. Nästan alla organiska molekyler som används för att skapa KP och MOF härrör från fossila bränslekällor. Några av de organiska molekyler som vi kommer att använda oss av kommer istället från förnybar växtbiomassa. Vi kommer att använda våra vismut KP för katalytisk aktivering av alkohol. Denna typ av reaktion används till stor del av läkemedelsindustrin. De industriella processerna som används idag producerar däremot stora mängder avfall. Upplösta vismutsalter har redan visat sig kunna katalysera sådana reaktioner utan att bilda det avfall som produceras i nuvarande processer. Däremot är upplösta vismutsalter svåra att separera från reaktionsblandningen. Eftersom våra KP och MOF är fasta material kommer de emellertid att kunna utföra katalysen samt kunna separeras från reaktionsblandningen så att de kan återanvändas. Vi kommer att använda synkrotronstrålning för att studera syntesmekanismer, katalytiska mekanismer och mekanismer för frisättning av läkemedel. Detta kommer att utföras under syntes och när våra material tillämpas för att bättre kunna förstå hur vismut KP bildas i lösningar men även hur de fungerar under katalys och vid frisättning av läkemedel.