Ruedas moleculares multi-cíclicas con potencial polimérico
Las moléculas que actúan como ruedas conectadas pueden mantener unidas largas cadenas moleculares para modificar las propiedades de los polímeros blandos
Los rotaxanos son estructuras moleculares entrelazadas con una molécula lineal "eje" que penetra en una o más moléculas cíclicas "rueda". Los grupos voluminosos del extremo del eje impiden que las ruedas se suelten. Ahora, investigadores de la Universidad de Hokkaido han llevado un paso más allá los logros anteriores de esta tecnología, fabricando macro-rotaxanos que tienen ruedas multi-cíclicas entrelazadas con varios ejes de alto peso molecular. La revista Angewandte Chemie International Edition publica un artículo sobre esta innovación.
Estructura del macro-rotaxano sintetizado en este estudio: ruedas multi-cíclicas (rojo) entrelazadas con varios ejes de alto peso molecular (azul).
Minami Ebe, et al.
Los rotaxanos, que en un principio se consideraron curiosidades químicas intrigantes, se estudian ahora para una amplia gama de aplicaciones potenciales, desde polímeros de nueva generación hasta ambiciosas posibilidades en informática molecular, tecnologías de sensores y administración de fármacos.
Los investigadores de la Universidad de Hokkaido, con colaboradores en otros lugares de Japón, están centrando su atención en la fabricación de nuevos polímeros de red, en los que estructuras anulares más complejas que los simples círculos mantienen unidas diferentes hebras de largas cadenas poliméricas.
"Creemos que las estructuras multi-cíclicas de estos macro-rotaxanos podrían ser útiles como aditivos no lixiviantes, retenidos permanentemente en una red polimérica por la forma en que se aferran a varias cadenas poliméricas vecinas", afirma el profesor Toshifumi Satoh, químico de polímeros del equipo de Hokkaido.
Las ruedas tridimensionales actúan como una forma única y muy flexible de enlaces moleculares cruzados, lo que permite a las ruedas y a las cadenas de polímeros entrelazadas mucha más libertad de movimiento que en las redes de enlaces cruzados convencionales. Las variaciones estructurales deberían permitir un control preciso de las propiedades de los materiales blandos para hacerlos aptos para diversas aplicaciones industriales y médicas.
Otros grupos de investigación han logrado éxitos similares con estructuras moleculares más pequeñas, pero los avances de la Universidad de Hokkaido hacen que el campo se adentre en el ámbito de las moléculas más grandes.
Los investigadores exploraron algunas de las posibilidades de este importante avance en la química de polímeros utilizando unas sustancias químicas llamadas polidimetilsiloxanos (PDMS) para fabricar los anillos multicíclicos. Pudieron construir distintos números de unidades cíclicas con anillos de diferentes tamaños. Cuando se combinaron con cadenas de polímeros de silicona con agentes reticulantes cortos, las unidades multi-cíclicas se incorporaron eficazmente a una red extendida, mezclada y entrelazada de nueva formación.
"Exploramos algunas de las posibilidades de fabricar materiales blandos modificados midiendo el rendimiento de amortiguación de las redes, que es esencialmente la capacidad de un material para absorber y reducir las vibraciones", dice Satoh. "Esto reveló que nuestros macrorotaxanos conseguían mejoras significativas en la eficacia amortiguadora en relación con las redes de polímeros convencionales".
Satoh y sus colegas planean ahora explorar otras posibilidades que puedan construirse sobre los cimientos de prueba de concepto sentados por sus actuales avances.
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