Uma abordagem eficaz para a preparação de polímeros supramoleculares em alta concentração
(a) Um estado polimórfico cristalino insolúvel inibe a polimerização supramolecular em altas concentrações. (b) A mistura da molécula do coformador com o monômero original no processo de solidificação deteriora a ordem estrutural do estado polimórfico cristalino, resultando na formação de um estado coagregado com alta solubilidade. Crédito:Atsushi Isobe/Universidade de Chiba, Japão Polímeros supramoleculares (SPs) são conjuntos moleculares compostos de pequenas moléculas ligadas não covalentemente. Apresentam alta reciclabilidade decorrente de sua natureza dinâmica de ligação de monômeros, diferente dos polímeros covalentes de natureza não biodegradável.
As pequenas unidades repetitivas que formam os SPs, chamadas monômeros, são projetadas especificamente para construir múltiplas ligações não covalentes para aumentar a estabilidade dos SPs resultantes. Tais monômeros podem ser organizados em conjuntos estruturalmente distintos, formando vários arranjos moleculares dependendo da concentração do monômero, da composição do solvente e da temperatura. Esta formação de estruturas versáteis automontadas a partir de uma única molécula é chamada de polimorfismo.
No entanto, o polimorfismo leva potencialmente a uma redução na solubilidade das moléculas, formando um estado polimórfico cristalino. Esta questão é predominante em diversas indústrias químicas, como a farmacêutica, onde a solubilidade de uma molécula de medicamento afeta as funcionalidades da molécula do medicamento.
Para ultrapassar este problema, sabe-se que a utilização de uma molécula "coformador" é uma das abordagens na indústria farmacêutica. A molécula coformadora pode inibir a formação dos estados polimórficos cristalinos através da coagregação com a molécula parental, aumentando assim a solubilidade da molécula do fármaco.
Inspirada por esta abordagem, uma equipe de pesquisa do Japão, liderada pelo professor Shiki Yagai do Instituto de Pesquisa Acadêmica Avançada da Universidade de Chiba, explorou recentemente uma nova abordagem de coformadores supramoleculares. "Aplicamos essa abordagem a um monômero supramolecular que pode formar um estado polimórfico cristalino insolúvel", explica o Dr. Yagai.
O artigo deles, publicado na Angewandte Chemie International Edition em 22 de setembro de 2023, é de coautoria de Atsushi Isobe da Escola de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia da Universidade de Chiba e do Dr. Takashi Kajitani do Open Facility Center do Instituto de Tecnologia de Tóquio.
A equipe investigou SPs formados a partir de um monômero conjugado π funcionalizado com uma unidade múltipla de ligação de hidrogênio do ácido barbitúrico representada pelo composto 1. Este monômero supramolecular foi pouco solúvel ao formar um estado polimórfico cristalino durante os procedimentos de preparação de SPs.
Portanto, os pesquisadores projetaram recentemente o composto 2 com uma estrutura molecular ligeiramente modificada do composto original 1 como um coformador supramolecular. O composto 2 era altamente solúvel porque a modificação molecular preveniu eficazmente a formação do estado polimórfico cristalino conforme observado para o composto original 1. Ao misturar os dois compostos, os pesquisadores demonstraram uma solubilidade significativamente melhorada do monômero original 1, sem afetar sua capacidade de formar SPs.
A utilização deste coformador supramolecular auxiliou, assim, na superação de questões relacionadas à cristalinidade e possibilitou a preparação de SPs em altas concentrações. Além disso, utilizando a natureza reversível das ligações monoméricas, as moléculas do coformador poderiam ser separadas dos SPs resultantes.
Enfatizando a importância dessas descobertas, o Dr. Yagai diz:"O uso de coformador pode facilitar a produção em larga escala de SPs, levando à avaliação de suas funcionalidades. A aplicação de polímeros supramoleculares pode contribuir para a produção de novos materiais plásticos mostrando alta reciclabilidade originada da reversibilidade das ligações de monômeros e reciclá-los com menor consumo de energia."
A longo prazo, isto pode abrir caminho ao desenvolvimento de plásticos recicláveis melhorados para um futuro sustentável.
Mais informações: Atsushi Isobe et al, A Coformer Approach for Supramolecular Polymerization at High Concentrations, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI:10.1002/anie.202312516 Informações do diário: Angewandte Chemie Edição Internacional
