A troca reversível de moléculas macrocíclicas entre uma fase líquida e sólida após a exposição ao vapor foi relatada no Jornal da American Chemical Society por pesquisadores da Universidade de Kanazawa.

A transição entre uma fase sólida e uma fase líquida, um processo chave na vida diária e na ciência dos materiais, geralmente é impulsionado por uma mudança na temperatura ou pressão. Contudo, uma mudança reversível de estado causada por outros estímulos também é possível:por exemplo, a luz tem sido usada para induzir transições sólido-líquido.

Tomoki Ogoshi, da Universidade de Kanazawa, no Japão, e colegas estudaram moléculas em forma de pilar [n] areno - moléculas em forma de pilar que foram relatadas pela primeira vez por seu grupo de pesquisa - às quais grupos funcionais podem ser adicionados para modificar suas propriedades físicas. Apresentando 12 n-hexil (C ₆ H ₁₃ ) cadeias nas moléculas transformam o sistema em um líquido estrutural à temperatura ambiente, isso é, um sistema com um certo grau de ordem em nanoescala, mas sem uma estrutura periódica (Figura 1). O líquido solidifica quando exposto a um vapor convidado, cujas moléculas substituem os substituintes n-hexil nas cavidades das moléculas em forma de pilar. Ao mesmo tempo, os substituintes localizados fora das cavidades cristalizam. O resultado é que, em uma escala de tempo de alguns segundos, o sistema se solidifica e o líquido transparente muda para um sólido turvo.

Como o vapor convidado competitivo, os autores usaram ciclohexano, porque se encaixa nas cavidades das moléculas em forma de pilar e é fácil de remover aquecendo a amostra sob pressão reduzida, um processo que resulta no sistema molecular voltando ao estado líquido. Os processos de adsorção e dessorção são caracterizados por medições de ressonância magnética nuclear, enquanto a estrutura do sistema é estudada por difração de raios-X.

Os autores também investigaram a absorção de outros vapores orgânicos pelo líquido estrutural, observando que a exposição a moléculas que poderiam ser absorvidas nos poros das moléculas em forma de pilar sempre resultava em uma transição para uma fase sólida, enquanto a transição de fase não foi observada para a exposição a gases que tiveram uma baixa captação pelo líquido estrutural.

Este sistema pode ser usado como um detector de vapores de alcano, um dispositivo incomum. "Por causa da seletividade do vapor, postulamos que a mudança de estado induzida por vapor pode ser aplicada para novos sistemas de detecção de vapor, "comentam os autores." Outra aplicação são os materiais de adesão que usam a mudança de estado induzida por vapor do hóspede. "

Fundo

Química hospedeiro-hóspede:a química supramolecular é um ramo da química que estuda sistemas químicos compostos por várias moléculas, descrevendo sua interação, que são essenciais para muitos processos biológicos. As interações hospedeiro-hóspede são um exemplo:esse é o tipo de interação que ocorre quando uma molécula hospedeira forma um composto químico com uma molécula hóspede ou íon sem o envolvimento de ligações covalentes. Este tipo de interação pode ser aproveitado, por exemplo, em sistemas de distribuição de drogas em que a presença do hospedeiro aumenta a solubilidade e a disponibilidade da droga (o hóspede).

Pilararenos:moléculas de macrociclo que levam o nome de sua forma de pilar. As cavidades nessas moléculas podem hospedar moléculas pobres em elétrons. Algumas dessas moléculas têm potencial para aplicações biomédicas, mas também para absorção de gás, líquidos iônicos e materiais orgânicos emissores de luz.