Por favor, avalie esta postagem
A ilustração mostra moléculas de álcool e água sendo adsorvidas somente em um dos dois tipos de poros. Crédito: Yokohama National University
Um estudo recente da Yokohama National University introduziu uma metodologia inovadora na ciência dos materiais, alcançando a automontagem de cristais moleculares de poro duplo usando técnicas avançadas de classificação. Essa inovação abre caminho para o desenvolvimento de materiais multifuncionais com diversas aplicações.
Estruturas moleculares versáteis conhecidas como estruturas supramoleculares discretas funcionam como blocos de construção microscópicos personalizáveis para inúmeras aplicações. Essas estruturas podem ser usadas na administração de medicamentos, criar ambientes únicos para reações catalíticas ou ser integradas em máquinas moleculares.
Em seu artigo publicado no Jornal da Sociedade Química Americanapesquisadores da Universidade Nacional de Yokohama apresentaram uma nova metodologia para avançar na automontagem de materiais supramoleculares de dupla função.
A automontagem envolve a geração espontânea de uma arquitetura supramolecular discreta e bem definida a partir de um conjunto dado de componentes sob equilíbrio termodinâmico. Normalmente, uma combinação binária de precursores, cada um carregando grupos funcionais complementares, é montada em um produto estável. Sistemas multicomponentes, que incluem pelo menos dois precursores com grupos funcionais idênticos, permanecem relativamente inexplorados.
Explorando a autoclassificação social
Cientistas estão investigando métodos para conduzir diferentes precursores com os mesmos grupos funcionais para uma estrutura supramolecular unificada por meio da “autoclassificação social”. Na autoclassificação social, as transições entre sistemas complexos autoclassificados imitam a função reguladora encontrada na natureza, que são capazes de comportamento de reconhecimento seletivo, mas adaptativo.
Para atingir esse objetivo, os pesquisadores têm desenvolvido abordagens estratégicas para evitar a incorporação aleatória e a “autoclassificação narcisista”, onde cada tipo de precursor se reúne em estruturas independentes.
Uma abordagem é por meio de uma técnica chamada autoclassificação quiral, que depende da complementaridade da quiralidade (direita ou esquerda). Quando um precursor racêmico (mistura de duas moléculas quirais chamadas enantiômeros) é usado, ambos os enantiômeros são frequentemente incorporados em uma única estrutura.
Moléculas destras e canhotas tendem a se alinhar alternadamente quando cristalizam, e é possível organizar “quase-racematos” que apresentam pequenas diferenças estruturais entre as formas destras e canhotas.
Conquistas no desenvolvimento de materiais funcionais
“Pesquisas anteriores se concentraram principalmente em alcançar o alinhamento dessas moléculas, e aplicar esse fenômeno ao desenvolvimento de materiais funcionais tem sido um desafio”, disse o autor correspondente Suguru Ito, professor associado de engenharia na Universidade Nacional de Yokohama.
Em seu estudo, a equipe de Ito explorou a organização de “quasi-racematos” com pequenas diferenças estruturais entre formas destras e canhotas para criar materiais cristalinos com poros de tamanhos variados. A autoclassificação social de dois pares de quasi-racematos foi alcançada pela formação de uma molécula em forma de anel com quatro moléculas de conexão. Este anel estável é obtido por meio de uma reação reversível entre os grupos aldeído dos quasi-racematos e os grupos amina das moléculas de conexão. Como resultado, as moléculas em forma de anel podem se cristalizar em cristais moleculares porosos apresentando dois tipos de poros semelhantes a tubos.
“Isso representa uma conquista histórica na aplicação de técnicas de arranjo de moléculas destras e canhotas para a criação de materiais funcionais”, disse Ito.
Projetar materiais porosos com sistemas de poros duplos apresenta uma tarefa complexa, mas tais materiais são altamente valiosos devido às suas funcionalidades avançadas. Como cada poro pode ser funcionalizado distintamente, os materiais de poros duplos permitem múltiplas funções simultâneas ou designs específicos para aplicações complexas.
Evidências experimentais confirmaram que esses poros duplos exibem diferentes propriedades de adsorção.
Este estudo enfatiza a utilidade de quasi-racematos na construção de estruturas supramoleculares socialmente autoclassificadas com duas funcionalidades distintas. Além disso, a metodologia prepara o cenário para a geração de uma nova classe de cristais moleculares de poro duplo.
“Até onde sabemos, este é o primeiro cristal molecular de poro duplo formado por macrociclos socialmente autoclassificados”, disse Ito.
Investigações futuras terão como objetivo desenvolver vários materiais cristalinos multifuncionais aplicando a técnica de arranjo de quase-racematos.
“Meu objetivo final é estabelecer um método para organizar moléculas orgânicas com precisão e desenvolver materiais cristalinos funcionais que sejam benéficos para a sociedade”, disse Ito.
Referência: “Autoclassificação social de quase-racemates: uma abordagem única para cristais moleculares de poros duplos” por Momoka Kimoto, Shoichi Sugiyama, Keigo Kumano, Satoshi Inagaki e Suguru Ito, 25 de junho de 2024, Jornal da Sociedade Química Americana.
DOI: 10.1021/jacs.4c01654
A pesquisa foi apoiada pela Agência Japonesa de Ciência e Tecnologia.