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{{Infobox Chemikalie
| Strukturformel = [[Datei:MOF-5.png|300px|Kristallstruktur von MOF-5]]
| Kristallstruktur = Ja
| Strukturhinweis = Acht Zellen von MOF-5, Kugeln zur Verdeutlichung der in der [[#Struktur|Struktur]] vorhandenen Poren
| Name = MOF-5
| Andere Namen = * IRMOF-1
* Zn4O(BDC)3
| Summenformel = C24H12O13Zn4
| CAS = {{CASRN|255367-66-9}}
| EG-Nummer =
| ECHA-ID =
| PubChem =
| ChemSpider =
| Beschreibung = weißer Feststoff<ref name="alfa-chemistry.com">Organic Frame Material / Alfa Chemistry: [https://mof.alfa-chemistry.com/product/mof-5-cas-255367-66-9-336708.html CAS 255367-66-9 MOF 5 - Organic Frame Material / Alfa Chemistry], accessdate: 17. Januar 2022</ref>
| Molare Masse = 769,99 g·mol−1
| Aggregat = fest<ref name="alfa-chemistry.com" />
| Dichte =
| Schmelzpunkt = 350–489 °C (Zersetzung)<ref>{{Literatur |Autor=Sheng Wang, Xianfei Xie, Wenke Xia, Jiaming Cui, Shengquan Zhang, Xueyan Du |Titel=Study on the structure activity relationship of the crystal MOF-5 synthesis, thermal stability and N2 adsorption property |Sammelwerk=High Temperature Materials and Processes |Band=39 |Nummer=1 |Datum=2020 |Seiten=171–177 |DOI=10.1515/htmp-2020-0034}}</ref>
| Siedepunkt =
| Dampfdruck =
| Löslichkeit =
| Quelle GHS-Kz = NV
| GHS-Piktogramme = {{GHS-Piktogramme|/}}
| GHS-Signalwort =
| H = {{H-Sätze|/}}
| EUH = {{EUH-Sätze|/}}
| P = {{P-Sätze|/}}
| Quelle P =
| MAK =
}}

'''MOF-5''' (auch IRMOF-1) ist eine chemische [[metallorganische Gerüstverbindung]] (MOF). Sie ist neben [[HKUST-1]] und [[MIL-53]] die bekannteste und am besten untersuchte MOF-Struktur. Sie wurde erstmals 1999 von der Arbeitsgruppe von [[Omar Yaghi|Omar M. Yaghi]] (University of Michigan) hergestellt.<ref name="yaghi1999">{{Literatur |Autor=Hailian Li, Mohamed Eddaoudi, Michael O'Keeffe, Omar M. Yaghi |Titel=Design and synthesis of an exceptionally stable and highly porous metal-organic framework |Sammelwerk=Nature |Band=402 |Datum=1999 |Seiten=276–279 |DOI=10.1038/46248}}</ref>

== Struktur ==
MOF-5 [[Kristall|kristallisiert]] in der kubischen {{Raumgruppe|Fm-3m|lang}}. Die Struktur lässt sich von einem Würfel ableiten, auf dessen acht Ecken die Zn4O-Knotenpunkten (SBU) lokalisiert sind und durch Terephthalat-Linker linear verbunden werden. Das Zentrum der SBUs bildet ein O2−-Ion, das tetraedrisch von vier Zn2+-Ionen umgeben ist. Diese werden wiederum von den Carboxylatgruppen der Terephthalat-Linker verbrückt, so dass ein oktaedrischer Knotenpunkt mit sechs umgebenden Terephthalaten entsteht, die entlang der Würfelkanten angeordnet sind. Aus energetischen Gründen befinden sich die [[Carboxygruppe]]n der Terephthalatliganden in einer Ebene mit dem aromatischen Ring. Dadurch ordnen sich die Knotenpunkte im Wechsel spiegelbildlich an, womit die Ausbildung zweier verschieden großer Poren verbunden ist, da sich die aromatischen Ringen der Terephthalat-Liganden entweder in die Pore orientiert sind oder aus ihr heraus. Die große Pore hat eine Öffnung von 13,8 Å, die kleine Pore von 9,2 Å.<ref>Visualisierung ''Räumliche Darstellung von Molekülen und Kristallstrukturen'' bei [https://log-web.de/chemie/Start.htm?name=MOF-5 log-web.de], abgerufen am 14. November 2025.</ref>

== Synthese ==

=== Diffusionsmethode ===
Die erste Darstellung von MOF-5 erfolgte durch die langsame Diffusion von [[Triethylamin]] in eine Lösung von Zinknitrat Hexahydrat und Terephthalsäure in [[Dimethylformamid|''N'',''N''-Dimethylformamid]] mit [[Chlorbenzol]] als Templat.<ref name="yaghi1999" />

=== Solvothermale Synthese ===
[[Solvothermalsynthese|Solvothermale]] Synthesen, bei denen die Reaktion bei erhöhter Temperatur in einem geschlossenen Gefäß durchgeführt wird, wurden auch für MOF-5-Materialien entwickelt. Dabei werden ausgehend von [[Zinknitrat|Zinknitrat Hexahydrat]] und [[Terephthalsäure]] in [[N,N-Diethylformamid|''N'',''N''-Diethylformamid]] bei Temperaturen von 85–105 °C große Kristalle der Verbindung erhalten, in deren Poren sich ''N'',''N''-Diethylformamid als Gastmoleküle befindet.<ref name=":0">{{Literatur |Autor=Mohamed Eddaoudi, Jaheon Kim, Nathaniel Rosi, David Vodak, Joseph Wachter, Michael O'Keeffe, Omar M. Yaghi |Titel=Systematic Design of Pore Size and Functionality in Isoreticular MOFs and Their Application in Methane Storage |Sammelwerk=Science |Band=295 |Nummer=5554 |Datum=2002-01-18 |Seiten=469–472 |DOI=10.1126/science.1067208}}</ref> Genaue Untersuchungen der Reaktion haben gezeigt, dass die Bildung des Zn4O-SBUs auf die Zersetzung des NO3−-Anions im Lösungsmittel zurückzuführen ist. Weiterhin ist ein sehr geringer Wassergehalt für die Bildung von MOF-5 wichtig, da sich sonst MOF-69c oder Zinkterephthalate bilden.<ref name="Hausdorf-2008">S. Hausdorf, J. Wagler, R. Moßig, F. O. R. L. Mertens, ''J. Phys. Chem. A'', '''2008''', ''112 (33)'', 7567–7576, [[doi:10.1021/jp7110633]].</ref>

=== Nachträglicher Oxideinbau ===
Für die Darstellung von MOF-5 mit hoher Porosität ist die solvothermale Synthese die am weitesten verbreitete. Nachteilig ist jedoch der hohe Verbrauch an ''N'',''N''-Diethylformamid als Lösungsmittel. Dieser kann jedoch durch die Methode des nachträglichen Oxideinbaus drastisch gesenkt werden. Das Verfahren beinhaltet zwei Stufen: 
'''1. Ausfällen des gewöhnlichen Zinksalzes des Linker (hier Terephthalsäure, H2BDC) in Wasser:''' ZnCl2 + Na2BDC + 2 H2O → ZnBDC·2H2O↓ + 2 NaCl 
'''2. Umsetzen des Salzes mit einer Oxidquelle unter Erwärmen in Suspension mit ''N'',''N''′-Diethylformamid:''' 3 ZnBDC·2H2O + Zn(NO3)2·4H2O → MOF-5↓ + 2 NO2 + 0,5 O2 + 10 H2O 
Der Vorteil besteht vor allem darin, dass statt mit verdünnten Lösungen in hochkonzentrierten Suspensionen arbeiten kann, was zu einer Steigerung der Raumzeitausbeute auf ca. 900 % gegenüber dem solvothermalen Verfahren führt.<ref>S. Hausdorf, F. Mertens, F. Baitalow, J. Seidel, ''DE 10 2008 026 713 A1'' "Verfahren zur Herstellung von oxidbasierten metallorganischen Gerüstmaterialien mittels Reaktion unter Oxideinbau".</ref>

=== Inverse Synthese ===
Bei der inversen Synthese (auch „Controlled SBU Approach“) wird zunächst eine Komplexverbindung hergestellt, die den Knotenpunkt Zn4O enthält, wie er auch in MOF-5 enthalten ist. Geeignet sind z. B. die schon seit langem bekannten Komplexe [[Zinkoxoacetat]] [Zn4O(OOCCH3)6]<ref group="S">{{Substanzinfo|Name=Zinkoxoacetat |CAS= 6919-20-6|KeinCASLink=1 |Wikidata=Q131128550}}</ref> oder [[Zinkoxobenzoat]] [Zn4O(OOCC6H5)6],<ref group="S">{{Substanzinfo|Name=Zinkoxobenzoat|CAS=33643-76-4|KeinCASLink=1 |Wikidata=Q82602067}}</ref> die ihrer Carboxylatliganden in Lösung gegen andere Carboxylate austauschen. Auf diesem Weg des Ligandenaustauschs können in Lösung die [[Acetat]]- oder [[Benzoat]]-liganden durch Terephthalat ausgetauscht werden, wobei sich MOF-5 und Essigsäure bzw. Benzoesäure bilden. Dabei ist auch die Wahl des Lösungsmittels entscheidend, da sonst durch die Terephthalsäure die Protonierung des Oxozentrums von Zinkoxoacetat oder Zinkoxobenzoat erfolgt und der Knotenpunkt zerstört wird.<ref>S. Hausdorf, F. Mertens, F. Baitalow, J. Seidel, R. Fischer ''DE 10 2008 026 714 A1'' "Verfahren zur Herstellung von oxidbasierter Metall-organischer Gerüstmaterialien mittels inverser Synthese".</ref>

=== Basenfällungsmethode ===
Zur Synthese mikrokristalliner MOF-5 Partikel ist die Fällung aus einer Lösung von [[Zinkacetat|Zinkacetat Dihydrat]] in ''N'',''N''-Dimethylformamid mit Triethylamin und Terephthalsäure eine bequeme Methode. Das dabei erhaltene Material besitzt jedoch eine geringere Porosität als MOF-5, der auf solvothermalen Weg hergestellt wurde.<ref>D. J. Tranchemontagne, J. R. Hunt, O. M. Yaghi, ''Tetrahedron'', '''2008''', ''64'', 8553–8557.</ref>

== Stabilität ==
MOF-5 ist an trockener Luft beständig, zersetzt sich jedoch an feuchter Luft durch den Kontakt mit Wasser. Besonders empfindlich ist die Struktur gegen Luftfeuchtigkeit in Gegenwart von ''N'',''N''-Diethylformamid, da eine Umwandlung in MOF-69c erfolgt.<ref name="Hausdorf-2008" /> Die Umwandlung und Zersetzung beruht auf der [[Protonierung]] des Zn4O-Oxozentrums.<ref>{{Literatur |Autor=Jeffery A. Greathouse, Mark D. Allendorf |Titel=The Interaction of Water with MOF-5 Simulated by Molecular Dynamics |Sammelwerk=Journal of the American Chemical Society |Band=128 |Nummer=33 |Datum=2006 |Seiten=10678–10679 |DOI=10.1021/ja063506b}}</ref> Das durch die Synthese in den Poren eingeschlossene [[Lösungsmittel]] kann thermisch ohne eine Zerstörung des Netzwerks entfernt werden. Die thermische Zersetzung von MOF-5 erfolgt ab ca. 350 °C, wobei zuletzt ZnO entsteht. Die vollständige Zersetzung erfolgt ab 489 °C.<ref>{{Literatur |Autor=Sheng Wang, Xianfei Xie, Wenke Xia, Jiaming Cui, Shengquan Zhang, Xueyan Du |Titel=Study on the structure activity relationship of the crystal MOF-5 synthesis, thermal stability and N2 adsorption property |Sammelwerk=High Temperature Materials and Processes |Band=39 |Nummer=1 |Datum=2020 |Seiten=171–177 |DOI=10.1515/htmp-2020-0034}}</ref>

== Anwendung ==
MOF-5 ist in der Diskussion als Material für die Gasspeicherung, besonders für [[Wasserstoff]] und [[Methan]]. Die Wasserstoff-Speicherkapazität beträgt 7,1 [[Gewichtsprozent|Gew.%]] bei 77 K und 40 bar; 10 Gew.% bei 100 bar; entsprechend 66 g·l−1.<ref>Steven S. Kaye et al.: ''Impact of Preparation and Handling on the Hydrogen Storage Properties of Zn4O(1,4-benzenedicarboxylate)3 (MOF-5).'' J. Am. Chem. Soc. 129, 2007, [[doi:10.1021/ja076877g]] ([http://alchemy.cchem.berkeley.edu/static/pdf/papers/paper81.pdf freier Volltext]).</ref>

== Analoga ==
Mittlerweile wurden durch inverse Synthese [[Beryllium]]- und [[Cobalt]]-Analoga von MOF-5 synthetisiert<ref>{{Literatur |Autor=Steffen Hausdorf, Felix Baitalow, Tony Böhle, David Rafaja, Florian O. R. L. Mertens |Titel=Main-Group and Transition-Element IRMOF Homologues |Sammelwerk=[[Journal of the American Chemical Society]] |Band=132 |Nummer=32 |Datum=2010-08-18 |Seiten=10978–10981 |DOI=10.1021/ja1028777}}</ref> Außerdem wurden verschiedene Linker mit zusätzlichen funktionellen Gruppen oder einer anderen Länge eingesetzt, um strukturelle Analoga mit anderen Porengrößen oder Eigenschaften der Poren zu erreichen.<ref>{{Literatur |Autor=Zehan Mai, Dingxin Liu |Titel=Synthesis and Applications of Isoreticular Metal–Organic Frameworks IRMOFs- n ( n = 1, 3, 6, 8) |Sammelwerk=Crystal Growth & Design |Band=19 |Nummer=12 |Datum=2019-12-04 |Seiten=7439–7462 |DOI=10.1021/acs.cgd.9b00879}}</ref><ref name=":0" /> Diese Materialien wurden IRMOF-n genannt, wobei n = 2, 3, 4 … ist (IRMOF-1 = MOF-5).

== Literatur ==
* Dipendu Saha, Shuguang Deng, Zhiguan Yang: ''Hydrogen adsorption on metal-organic framework (MOF-5) synthesized by DMF approach''. In: ''[[Journal of Porous Materials]]'', 2009, 16(2), S. 141–149, [[doi:10.1007/s10934-007-9178-3]].

== Einzelnachweise ==
<references />

== Externe Links zu erwähnten Verbindungen ==
<references group="S" />

{{SORTIERUNG:MOF5}}
[[Kategorie:Zinkverbindung]]
[[Kategorie:Benzolcarbonsäure]]
[[Kategorie:Metallorganische Gerüstverbindung]]

MOF-5 - Versionsgeschichte

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