Los investigadores logran materiales supramoleculares de doble función
Los versátiles marcos moleculares denominados estructuras supramoleculares discretas actúan como bloques de construcción microscópicos personalizables para una amplia variedad de aplicaciones. Las estructuras pueden servir para administrar fármacos, proporcionar entornos únicos para reacciones catalíticas o conectarse a una máquina molecular.
La ilustración muestra moléculas de alcohol y agua adsorbidas únicamente en uno de los dos tipos de poros.
Yokohama National University
En un artículo publicado el 25 de junio en la revista Journal of the American Chemical Society, investigadores de la Universidad Nacional de Yokohama presentan una nueva metodología para avanzar en el autoensamblaje de materiales supramoleculares de doble función.
El autoensamblaje consiste en la generación espontánea de una arquitectura supramolecular discreta y bien definida a partir de un conjunto dado de componentes en equilibrio termodinámico. Normalmente, una combinación binaria de precursores, cada uno con grupos funcionales complementarios, se ensambla en un producto estable. Los sistemas multicomponentes, que incluyen al menos dos precursores con grupos funcionales idénticos, permanecen relativamente inexplorados.
Los científicos están investigando métodos para guiar diferentes precursores con los mismos grupos funcionales hacia una estructura supramolecular unificada mediante la "autoclasificación social". En la autoclasificación social, las transiciones entre sistemas complejos autoclasificados imitan la función reguladora que se encuentra en la naturaleza, capaz de un comportamiento de reconocimiento selectivo pero adaptativo.
Para lograr este objetivo, los investigadores han estado desarrollando enfoques estratégicos para evitar la incorporación aleatoria y la "autoclasificación narcisista", en la que cada tipo de precursor se ensambla en estructuras independientes.
Uno de estos enfoques es una técnica denominada autoselección quiral, que se basa en la complementariedad de la quiralidad (diestro o zurdo). Cuando se utiliza un precursor racémico (mezcla de dos moléculas quirales llamadas enantiómeros), ambos enantiómeros se incorporan con frecuencia a una única estructura.
Las moléculas diestras y zurdas tienden a alinearse alternativamente cuando cristalizan, y es posible disponer "cuasi-racematosos" que presentan ligeras diferencias estructurales entre las formas diestras y zurdas.
"Las investigaciones anteriores se habían centrado principalmente en lograr la alineación de estas moléculas, y la aplicación de este fenómeno al desarrollo de materiales funcionales ha sido todo un reto", explica Suguru Ito, autor del artículo y profesor asociado de ingeniería en la Universidad Nacional de Yokohama.
En su estudio, el equipo de Ito exploró la organización de "cuasi-racematosas" con ligeras diferencias estructurales entre formas diestras y zurdas para crear materiales cristalinos con poros de distintos tamaños. La autoorganización social de dos pares de cuasi-racematos se consiguió formando una molécula en forma de anillo con cuatro moléculas conectadas. Este anillo estable se obtiene mediante una reacción reversible entre los grupos aldehído de los cuasi-racematos y los grupos amina de las moléculas de conexión. Como resultado, las moléculas en forma de anillo pueden cristalizar en cristales moleculares porosos con dos tipos de poros en forma de tubo.
"Esto representa un hito en la aplicación de las técnicas de ordenación de moléculas diestras y zurdas a la creación de materiales funcionales", afirma Ito.
Diseñar materiales porosos con sistemas de doble poro es una tarea compleja, pero muy valiosa por sus avanzadas funcionalidades. Como cada poro puede funcionalizarse por separado, los materiales de doble poro permiten múltiples funciones simultáneas o diseños específicos para aplicaciones complejas.
Las pruebas experimentales confirman que estos poros duales presentan diferentes propiedades de adsorción.
Este estudio subraya la utilidad de los cuasi-racematosos para construir estructuras supramoleculares socialmente autoorganizadas con dos funcionalidades distintas. Además, la metodología sienta las bases para la generación de una nueva clase de cristales moleculares de doble poro.
"Hasta donde sabemos, éste es el primer cristal molecular de doble poro formado por macrociclos socialmente autoorganizados", afirma Ito.
Las futuras investigaciones tendrán como objetivo desarrollar diversos materiales cristalinos multifuncionales aplicando la técnica de ordenación de cuasi-racematos.
"Mi objetivo final es establecer un método para ordenar con precisión moléculas orgánicas y desarrollar materiales cristalinos funcionales que sean beneficiosos para la sociedad", afirmó Ito.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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