Gli sforzi per sviluppare catalizzatori eterogenei che si rivolgono all'industria della chimica fine sono stati limitati da risultati deludenti. Sebbene alcuni approcci abbiano mostrato un'attività catalitica promettente, la stessa "eterogeneizzazione" non è sufficiente. Da adottare dall'industria, i catalizzatori eterogenei devono promuovere una selettività difficile o addirittura impossibile da ottenere con i sistemi catalitici esistenti:le proprietà chimiche di qualsiasi catalizzatore eterogeneo proposto devono andare oltre la più semplice separazione e riciclaggio.

La flessibilità chimica, le dimensioni dei pori regolabili e la stabilità chimica e strutturale delle strutture metallo-organiche (MOF) le rendono ideali per la progettazione di siti attivi a livello molecolare. In grado di adsorbire selettivamente le molecole a seconda della loro struttura, possono dirigere la selettività e le prestazioni di reazione. I ricercatori hanno descritto molte promettenti applicazioni catalitiche utilizzando MOF come precursori per nuovi materiali, nonché sistemi modello per comprendere i processi di catalisi eterogenei. Il campo della catalisi da MOF è ancora agli inizi, anche se, poiché la maggior parte degli esempi sono prove di concetto e non offrono vantaggi interessanti ai catalizzatori esistenti.

In un Comunicazioni sulla natura documento intitolato "Quadri metallo-organici come modulatori cinetici per la selettività ramificata nell'idroformilazione, " ricercatori del Syncat Group del Paul Scherrer Institute, guidato da Marco Ranocchiari, e il Laboratorio di Simulazione Molecolare dell'EPFL, un gruppo computazionale guidato da Berend Smit, ha utilizzato l'esempio dell'idroformilazione per dimostrare che le proprietà di adsorbimento dei MOF possono essere sfruttate nella catalisi per ottenere risultati precedentemente impossibili. I metodi possono essere utilizzati per prevedere l'effetto di tali co-catalizzatori microporosi nell'aumentare la selettività in qualsiasi reazione catalitica omogenea o eterogenea.

idroformilazione, o osso sintesi, è un processo industriale per ottenere aldeidi dalle olefine. Gli attuali processi catalitici producono sia aldeidi lineari, che sono intermedi chiave per l'industria dei detergenti e dei polimeri, e ramificati, che sono considerati un potente strumento per l'industria della chimica fine per il loro possibile utilizzo nella produzione di prodotti enantioarricchiti, questo è, prodotti che presentano una proporzione maggiore di un dato enantiomero di una sostanza chirale.

Gli isomeri lineari sono spesso formati con catalizzatori al rodio. Le aldeidi ramificate sono formate da catalizzatori di rodio con ligandi bidentati con gruppi direttivi per migliorare la selettività. La produzione degli isomeri ramificati ricercati senza questi gruppi direttivi è comunque una sfida e può essere ottenuta solo attraverso catalizzatori Rh complessi. Hanno dimostrato di risultare, ad esempio, in una selettività per 2-metilesanale da 1-esene fino al 75% e fino all'86% per 2-metilbutanale da 1-butene.

I ricercatori hanno prima vagliato diverse condizioni catalitiche per massimizzare la resa del prodotto ramificato che si poteva ottenere con una catalisi omogenea. Hanno quindi dimostrato di poter andare oltre questo limite e ottenere una selettività ramificata molto più elevata aggiungendo MOF alla miscela di reazione. Hanno anche testato diverse topologie MOF per comprendere il ruolo dell'ambiente MOF in un tale cambiamento nella selettività.

Il gruppo è stato in grado di dimostrare che i micropori dei MOF spingono l'idroformilazione delle olefine catalizzata da cobalto a regimi cinetici che favoriscono un'elevata selettività ramificata, senza l'uso di alcun gruppo di regia. L'aggiunta di MOF ha consentito una selettività ramificata fino al 90% in questi casi, un'impresa che non può essere raggiunta con i catalizzatori esistenti. Le simulazioni Monte Carlo e della teoria del funzionale della densità combinate con modelli cinetici mostrano che i micropori dei MOF con determinate topologie aumentano la densità delle olefine impedendo parzialmente l'adsorbimento del gas di sintesi:questo è ciò che porta all'elevata selettività ramificata.

Sebbene la ricerca si sia concentrata sulle aldeidi, i metodi presentati possono essere utilizzati per prevedere l'effetto dei co-catalizzatori microporosi nell'aumentare la selettività in qualsiasi reazione catalitica omogenea o eterogenea. I ricercatori possono determinare il materiale microporoso che ha le migliori possibilità di aumentare la selettività scegliendo prima quelli che possono adsorbire il catalizzatore pur essendo inerti in condizioni di reazione, e quindi utilizzando simulazioni per determinare come i materiali microporosi potrebbero modificare la concentrazione locale del reagente o dei reagenti che determinano la selettività all'interno dei micropori.