Figura 1. Formação de complexo hospedeiro-hóspede entre um cristal de pilar ativado [5] arenos e uma fusão de poli (óxido de etileno). Crédito:Kanazawa University
Pesquisadores da Universidade de Kanazawa relatam em Nature Communications que um cristal de moléculas conhecido como pilar [5] arenos pode formar um composto hospedeiro-hóspede com polímeros de poli (óxidos de etileno). O efeito pode ser usado para selecionar polímeros com diferentes pesos moleculares e grupos terminais.
Quando os polímeros são confinados em canais unidimensionais (1-D), eles se comportam de maneira diferente. Sua dinâmica muda, e eles podem se ligar quimicamente ao canal circundante. Uma equipe de pesquisadores liderada por Tomoki Ogoshi da Universidade de Kanazawa mostrou agora que esse confinamento 1-D, fornecido por um cristal molecular dos chamados pilares ativados [5] arenos, pode ser usado para capturar seletivamente diferentes tipos de polímeros.
Os cientistas estudaram a ligação hospedeiro-convidado ('complexação') entre o pilar ativado [5] arenos (abreviado como 'P5') e polímeros de poli (óxido de etileno) (abreviado como 'PEO'). P5 é uma molécula que consiste em 5 unidades orgânicas idênticas com um anel de benzeno, com uma forma pentagonal. O bloco de construção monomérico de PEO é O-CH 2 -CH 2 ; PEOs com 100 ou mais monômeros podem ser facilmente sintetizados.
A complexação hospedeiro-hóspede foi alcançada derretendo primeiro PEO a 80 ° C, e então imergindo as moléculas P5 ativadas por solvatos de secagem no fundido. Por meio de medições de espectroscopia de ressonância magnética nuclear (NMR), Ogoshi e colegas conseguiram mostrar que as moléculas de PEO foram absorvidas pela estrutura P5. Experimentos de difração de raios-X mostraram que a estrutura cristalina das moléculas P5 mudou para uma rede de canais.
Os pesquisadores então analisaram o que aconteceu com uma mistura de PEOs composta por vários números de monômeros. O número de blocos de construção afeta o peso - quanto mais monômeros, mais pesado é o polímero. Ogoshi e colegas descobriram que as PEOs mais pesadas foram absorvidas em maiores quantidades, mostrando que o hospedeiro P5 pode selecionar PEOs com alta fração de massa de uma mistura polidispersa. Por meio de simulações de computador, foi possível atribuir este achado a um aumento da energia de ligação para as PEOs maiores (mais pesadas).
Os cientistas também investigaram o efeito do grupo final do PEO. A absorção mais rápida de PEO foi observada para grupos finais metoxi (O-CH 3 ), para o qual um estado de equilíbrio foi alcançado após 3 minutos. Para grupos terminais OH e NH2, os tempos para atingir o equilíbrio foram de 10 e 20 minutos, respectivamente. A absorção de PEO com COOH como grupo final foi lenta.
A observação de Ogoshi e colegas de que os cristais P5 podem realizar o fracionamento de alta massa de misturas de polímeros com uma ampla distribuição de peso molecular é importante porque, citando os cientistas, "Polímeros de alto peso molecular geralmente exibem características superiores, como estabilidade térmica aumentada, propriedades mecânicas aprimoradas, e maior cristalinidade em comparação com polímeros de baixo peso molecular. "
Pilar [n] arenos
Pilar [n] arenos, chamados coletivamente de pilararenos (e às vezes pilares), são moléculas orgânicas cíclicas que consistem nas chamadas unidades de hidroquinona, que pode ser substituído. Hidroquinona, também conhecido como quinol, tem a fórmula química C 6 H 4 (OH) 2 . Consiste em um anel de benzeno com dois grupos hidroxila (OH) ligados a ele em lados opostos do hexágono de benzeno.
O primeiro pilarareno foi sintetizado em 2008 por Tomoki Ogoshi e colegas da Universidade de Kanazawa. O nome pilarareno foi escolhido porque as moléculas são cilíndricas (semelhantes a pilares) e compostas por metades aromáticas (arenos).
Agora, Ogoshi e colegas demonstraram que os cristais de n =5 pilararenos podem absorver polímeros de poli (óxido de etileno) de forma seletiva.
Poli (óxido de etileno)
Poli (óxido de etileno) (PEO), também conhecido como poli (etilenoglicol) (PEG) e polioxietileno (POE), é um polímero com a fórmula H- (O-CH 2 -CH 2 ) n -OH, com n o número de O-CH 2 -CH 2 blocos de construção (monômeros) na estrutura. Ogoshi e colegas mostraram agora que a absorção pelos cristais de n =5 pilararenos de PEO com n superior é maior do que para PEO com n inferior, que fornece uma função de fracionamento de peso molecular.
