Los polímeros supramoleculares (SP) son conjuntos moleculares compuestos de pequeñas moléculas unidas de forma no covalente. Muestran una alta reciclabilidad derivada de su naturaleza dinámica de unión de monómeros, que es diferente de los polímeros covalentes con naturaleza no biodegradable.
Las pequeñas unidades repetitivas que forman los SP, llamadas monómeros, están diseñadas específicamente para construir múltiples enlaces no covalentes para mejorar la estabilidad de los SP resultantes. Dichos monómeros se pueden organizar en conjuntos estructuralmente distintos formando varios arreglos moleculares dependiendo de la concentración del monómero, la composición del disolvente y la temperatura. Esta formación de estructuras versátiles autoensambladas a partir de una sola molécula se conoce como polimorfismo.
Sin embargo, el polimorfismo conduce potencialmente a una reducción en la solubilidad de las moléculas al formar un estado polimórfico cristalino. Este problema prevalece en diversas industrias químicas, como la farmacéutica, donde la solubilidad de una molécula de fármaco afecta las funcionalidades de la molécula de fármaco.
Para superar este problema, se sabe que el uso de una molécula "coformadora" es uno de los enfoques en la industria farmacéutica. La molécula coformadora puede inhibir la formación de estados polimórficos cristalinos mediante la coagregación con la molécula original, mejorando así la solubilidad de la molécula del fármaco.
Inspirándose en este enfoque, un equipo de investigación de Japón, dirigido por el profesor Shiki Yagai del Instituto de Investigación Académica Avanzada de la Universidad de Chiba, ha explorado recientemente un nuevo enfoque de coformador supramolecular. "Aplicamos este enfoque a un monómero supramolecular que puede formar un estado polimórfico cristalino insoluble", explica el Dr. Yagai.
Su artículo, publicado en Angewandte Chemie International Edition el 22 de septiembre de 2023, tiene como coautoría a Atsushi Isobe de la Escuela de Graduados en Ciencias e Ingeniería de la Universidad de Chiba y el Dr. Takashi Kajitani del Open Facility Center del Instituto de Tecnología de Tokio.
El equipo ha investigado las SP formadas a partir de un monómero conjugado π funcionalizado con una unidad de enlace de hidrógeno múltiple de ácido barbitúrico representada por el compuesto 1. Este monómero supramolecular era poco soluble al formar un estado polimórfico cristalino durante los procedimientos de preparación de las SP.
Por lo tanto, los investigadores diseñaron recientemente el compuesto 2 con una estructura molecular ligeramente modificada del compuesto original 1 como coformador supramolecular. El compuesto 2 era altamente soluble porque la modificación molecular impidió efectivamente la formación del estado polimórfico cristalino como se observó para el compuesto original 1. Al mezclar los dos compuestos, los investigadores demostraron una solubilidad significativamente mejorada del monómero original 1, sin afectar su capacidad para formar SP.
Por lo tanto, el uso de este coformador supramolecular ayudó a superar los problemas relacionados con la cristalinidad y permitió la preparación de SP en altas concentraciones. Además, al utilizar la naturaleza reversible de las uniones de monómeros, las moléculas coformadoras podrían separarse de los SP resultantes.
Al enfatizar la importancia de estos hallazgos, el Dr. Yagai dice:"El uso de coformer puede facilitar la producción a gran escala de SP, lo que lleva a la evaluación de sus funcionalidades. La aplicación de polímeros supramoleculares puede contribuir a la producción de nuevos materiales plásticos que muestren alta reciclabilidad procedente de la reversibilidad de los enlaces monómeros y reciclarlos con un menor consumo de energía."
A largo plazo, esto puede allanar el camino para el desarrollo de plásticos reciclables mejorados para un futuro sostenible.
Más información: Atsushi Isobe et al, Un enfoque coformador para la polimerización supramolecular en altas concentraciones, Edición internacional Angewandte Chemie (2023). DOI:10.1002/anie.202312516
Información de la revista: Edición internacional Angewandte Chemie
Proporcionado por la Universidad de Chiba
