La commutazione reversibile di molecole macrocicliche tra una fase liquida e una solida in seguito all'esposizione al vapore è stata riportata nel Giornale della Società Chimica Americana dai ricercatori dell'Università di Kanazawa.

La transizione tra una fase solida e una liquida, un processo chiave nella vita quotidiana e nella scienza dei materiali, è generalmente guidato da un cambiamento di temperatura o pressione. Però, è possibile anche un cambiamento di stato reversibile causato da altri stimoli:ad esempio, la luce è stata utilizzata per indurre transizioni solido-liquido.

Tomoki Ogoshi dell'Università di Kanazawa in Giappone e colleghi hanno studiato le molecole pillar[n]arene, molecole a forma di pilastro segnalate per la prima volta dal loro gruppo di ricerca, alle quali possono essere aggiunti gruppi funzionali per modificare le loro proprietà fisiche. Introducendo 12 n-esile (C ₆ h ₁₃ ) le catene nelle molecole trasformano il sistema in un liquido strutturale a temperatura ambiente, questo è, un sistema con un certo grado di ordine su scala nanometrica ma senza una struttura periodica (Figura 1). Il liquido si solidifica se esposto a un vapore ospite, le cui molecole sostituiscono i sostituenti n-esile nelle cavità delle molecole a forma di pilastro. Allo stesso tempo, i sostituenti situati all'esterno delle cavità cristallizzano. Il risultato è che, in un lasso di tempo di pochi secondi, il sistema si solidifica e il liquido trasparente si trasforma in solido torbido.

Come vapore ospite competitivo gli autori hanno usato il cicloesano, perché si inserisce nelle cavità delle molecole a forma di pilastro ed è facile da rimuovere riscaldando il campione a pressione ridotta, un processo che porta il sistema molecolare a tornare allo stato liquido. I processi di adsorbimento e desorbimento sono caratterizzati da misurazioni di risonanza magnetica nucleare, mentre la struttura del sistema è studiata per diffrazione di raggi X.

Gli autori hanno anche studiato l'assorbimento di altri vapori organici da parte del liquido strutturale, osservando che l'esposizione a molecole che potrebbero essere assorbite nei pori delle molecole a forma di pilastro portava sempre a una transizione verso una fase solida, mentre la transizione di fase non è stata osservata per l'esposizione a gas che avevano un basso assorbimento da parte del liquido strutturale.

Questo sistema può essere utilizzato come rilevatore di vapori di alcani, un dispositivo insolito. "A causa della selettività del vapore, postuliamo che il cambiamento di stato indotto dal vapore può essere applicato per nuovi sistemi di rilevamento del vapore, " commentano gli autori. "Un'altra applicazione sono i materiali di adesione che utilizzano il cambiamento di stato indotto dal vapore ospite".

Sfondo

Chimica ospite-ospite:la chimica supramolecolare è una branca della chimica che studia i sistemi chimici composti da più molecole, descrivendo la loro interazione, che sono essenziali per molti processi biologici. Le interazioni ospite-ospite sono un esempio:questo è il tipo di interazione in atto quando una molecola ospite forma un composto chimico con una molecola ospite o uno ione senza il coinvolgimento di legami covalenti. Questo tipo di interazione può essere sfruttato, Per esempio, nei sistemi di somministrazione di farmaci in cui la presenza dell'ospite aumenta la solubilità e la disponibilità del farmaco (l'ospite).

Pillareni:molecole macrocicliche che prendono il nome dalla loro forma a pilastro. Le cavità di queste molecole possono ospitare molecole povere di elettroni. Alcune di queste molecole hanno un potenziale per applicazioni biomediche, ma anche per assorbimento di gas, liquidi ionici e materiali organici emettitori di luce.