p Duas vias divergiram em uma síntese química, e uma molécula levou os dois. Químicos da Universidade de Tóquio estudaram como os blocos de construção moleculares podem formar uma gaiola esférica ou uma folha ultrafina que mostra algumas das propriedades básicas de um material "inteligente" que pode responder ao seu ambiente. p “Essa molécula é interessante porque constrói estruturas diferentes dependendo das condições em que atinge o ponto de bifurcação de sua síntese, "disse o professor Shuichi Hiraoka do Departamento de Ciências Básicas. Os interesses de pesquisa de Hiraoka são sobre como as moléculas se juntam, incluindo DNA em células vivas ou micelas, encontrados na natureza e na indústria de cosméticos.

p O ponto de bifurcação é uma "bifurcação na estrada" da via de síntese química, onde as mesmas moléculas precursoras podem se conectar de duas maneiras diferentes para, eventualmente, formar diferentes estruturas finais. Na presente reação, os precursores seguem caminhos diferentes dependendo da presença ou ausência de uma terceira molécula.

p As moléculas precursoras são átomos de metal paládio e uma molécula orgânica - 1, 4-bis (3-piridiloxi) benzeno - feito de três anéis que podem oscilar facilmente entre uma orientação em forma de S e em forma de C.

p A terceira molécula cuja presença ou ausência influencia o caminho percorrido pelos precursores é uma molécula aniônica carregada negativamente (nitrato ou triflato).

p Na presença do ânion, a molécula orgânica assume a forma de C e uma de cada vez, quatro desses C's se ligam em dois O-rings, travando o ânion em uma gaiola esférica. Dois átomos de paládio prendem os quatro C's juntos na parte superior e inferior da gaiola.

p Se o ânion estiver ausente, a molécula orgânica muda para a forma de S e se conecta com outras moléculas em forma de S usando os átomos de paládio como elos. Eventualmente, eles formam folhas planas com cerca de 4 nanômetros de espessura e até 5 micrômetros de diâmetro.

p Contudo, quando os pesquisadores adicionam o ânion à folha preenchida, as moléculas irão se reorganizar lentamente na formação da gaiola.

p "A folha está demonstrando algumas qualidades muito primitivas de um material chamado inteligente - aquele que pode sentir e responder ao seu ambiente. Essa mudança das folhas do tamanho do micrômetro para as gaiolas do tamanho do nanômetro é uma mudança estrutural muito dramática, "disse Hiraoka.

p A equipe de pesquisa espera que seu trabalho para entender as propriedades químicas fundamentais dessas moléculas levará à possibilidade de projetar moléculas que podem se automontar e se reorganizar independentemente, dependendo das condições ambientais.

p Os caminhos dependem da termodinâmica e da cinética

p As formações de folha e gaiola são quimicamente mais estáveis ​​de maneiras diferentes. A formação da gaiola é mais estável termodinamicamente, o que significa que exigiria energia para sair dessa formação. A folha é mais cineticamente estável do que a gaiola, o que significa que as moléculas demoram a mudar de posição. Os pesquisadores estão entusiasmados por ter desenvolvido um sistema artificial que contém as complexidades dessas diferentes estabilidades.

p "Reações complicadas de automontagem natural em sistemas vivos muitas vezes têm controle cinético, "explica Hiraoka.

p As proteínas em organismos vivos são geralmente capturadas cineticamente para permanecer em suas formações saudáveis, embora fosse mais estável termodinamicamente se agregar em aglomerados inúteis.

p No sistema artificial que a equipe de pesquisa de Hiraoka estudou, quando as moléculas precursoras formam gaiolas, as moléculas permanecem nessa posição final porque é o arranjo de energia termodinâmica mais baixa.

p "A reação no estágio inicial para formar a gaiola é muito rápida, que nos diz que o ânion está atuando como um modelo cinético para os precursores formarem a gaiola, "disse Hiraoka.

p Contudo, a reação para formar a folha ocorre mais lentamente e os pesquisadores dizem que as moléculas ficam cineticamente presas na formação da folha sem a presença do ânion para fornecer um modelo que as puxa para a formação da gaiola.

p Os pesquisadores planejam continuar estudando como a via de automontagem é controlada e como manipular a influência do efeito cinético e da estabilidade termodinâmica.