Figura 1. Formazione del complesso ospite-ospite tra un cristallo di pilastro[5]areni attivato e un fuso di poli(ossido di etilene). Credito:Università di Kanazawa
I ricercatori dell'Università di Kanazawa riferiscono in Comunicazioni sulla natura che un cristallo di molecole noto come pillar[5]arenes può formare un composto ospite-ospite con polimeri di poli(ossidi di etilene). L'effetto può essere utilizzato per selezionare polimeri con pesi molecolari e terminali diversi.
Quando i polimeri sono confinati in canali unidimensionali (1-D), si comportano diversamente. La loro dinamica cambia, e possono legarsi chimicamente al canale circostante. Un team di ricercatori guidati da Tomoki Ogoshi dell'Università di Kanazawa ha ora dimostrato che tale confinamento 1-D, fornita da un cristallo molecolare di cosiddetti pillar[5]areni attivati, può essere utilizzato per catturare selettivamente diversi tipi di polimeri.
Gli scienziati hanno studiato il legame ospite-ospite ("complessazione") tra pillar[5]areni attivati (abbreviato "P5") e polimeri di poli(ossido di etilene) (abbreviato "PEO"). P5 è una molecola costituita da 5 unità organiche identiche dotate di un anello benzenico, con forma pentagonale. L'elemento costitutivo monomerico di PEO è O-CH 2 -CH 2 ; PEO con 100 o più monomeri possono essere facilmente sintetizzati.
La complessazione ospite-ospite è stata ottenuta fondendo prima la PEO a 80°C, e quindi immergere nel fuso le molecole P5 attivate dall'essiccamento dei solvati. Mediante misure di spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR), Ogoshi e colleghi sono stati in grado di dimostrare che le molecole di PEO sono state assorbite dalla struttura P5. Gli esperimenti di diffrazione dei raggi X hanno mostrato che la struttura cristallina delle molecole P5 si era trasformata in una rete con canali.
I ricercatori hanno quindi esaminato cosa è successo con una miscela di PEO costituita da un numero diverso di monomeri. Il numero di elementi costitutivi influisce sul peso:più monomeri, più pesante è il polimero. Ogoshi e colleghi hanno scoperto che i PEO più pesanti venivano assorbiti in quantità maggiori, mostrando che l'ospite P5 può selezionare PEO con frazione di massa elevata da una miscela polidispersa. Attraverso simulazioni al computer, è stato possibile attribuire questa scoperta a una maggiore energia di legame per i PEO più grandi (più pesanti).
Gli scienziati hanno anche studiato l'effetto del gruppo finale del PEO. L'assorbimento di PEO più veloce è stato osservato per i gruppi terminali metossi (O-CH 3 ), per il quale è stato raggiunto uno stato di equilibrio dopo 3 minuti. Per i terminali OH e NH2, i tempi per raggiungere l'equilibrio erano 10 e 20 minuti, rispettivamente. L'assorbimento di PEO con COOH poiché il gruppo finale era lento.
L'osservazione di Ogoshi e colleghi che i cristalli P5 possono eseguire un frazionamento di massa elevata da miscele polimeriche con un'ampia distribuzione del peso molecolare è importante perché, citando gli scienziati, "i polimeri ad alto peso molecolare mostrano generalmente caratteristiche superiori come una maggiore stabilità termica, proprietà meccaniche migliorate, e maggiore cristallinità rispetto ai polimeri a basso peso molecolare."
Pilastro[n]arene
Pilastro[n]areni, pillarareni denominati collettivamente (e talvolta pillareni), sono molecole organiche cicliche costituite da n cosiddette unità idrochinoniche, che può essere sostituito. idrochinone, noto anche come chinolo, ha la formula chimica C 6 h 4 (OH) 2 . È costituito da un anello benzenico con due gruppi ossidrile (OH) legati ad esso ai lati opposti dell'esagono del benzene.
Il primo pillararene è stato sintetizzato nel 2008 da Tomoki Ogoshi e dai colleghi dell'Università di Kanazawa. Il nome pillararene è stato scelto poiché le molecole sono di forma cilindrica (a colonna) e composte da porzioni aromatiche (areni).
Ora, Ogoshi e colleghi hanno dimostrato che i cristalli di n =5 pillarareni possono assorbire polimeri di poli(ossido di etilene) in modo selettivo.
Poli(ossido di etilene)
Poli(ossido di etilene) (PEO), noto anche come poli(etilenglicole) (PEG) e poliossietilene (POE), è un polimero con formula H-(O-CH 2 -CH 2 ) n -OH, con n il numero di O-CH 2 -CH 2 blocchi costitutivi (monomeri) nella struttura. Ogoshi e colleghi hanno ora dimostrato che l'assorbimento da parte dei cristalli di n =5 pillarareni di PEO con n maggiore è maggiore rispetto a PEO con n inferiore, che fornisce una funzione di frazionamento del peso molecolare.
