I polimeri supramolecolari (SP) sono assemblaggi molecolari composti da piccole molecole legate in modo non covalente. Mostrano un'elevata riciclabilità derivante dalla loro natura dinamica di legame dei monomeri, che è diversa dai polimeri covalenti con natura non biodegradabile.
Le piccole unità ripetitive che formano gli SP, chiamate monomeri, sono specificamente progettate per costruire molteplici legami non covalenti per migliorare la stabilità degli SP risultanti. Tali monomeri possono essere organizzati in insiemi strutturalmente distinti formando varie disposizioni molecolari a seconda della concentrazione del monomero, della composizione del solvente e della temperatura. Questa formazione di strutture versatili autoassemblate da una singola molecola viene definita polimorfismo.
Tuttavia, il polimorfismo porta potenzialmente ad una riduzione della solubilità delle molecole formando uno stato polimorfico cristallino. Questo problema è prevalente in varie industrie chimiche, come quella farmaceutica, dove la solubilità di una molecola di farmaco influisce sulle funzionalità della molecola di farmaco.
Per superare questo problema, è noto che l'uso di una molecola "coformatore" costituisce uno degli approcci nell'industria farmaceutica. La molecola coformatrice può inibire la formazione degli stati polimorfici cristallini attraverso la coaggregazione con la molecola madre, migliorando così la solubilità della molecola del farmaco.
Ispirato da questo approccio, un gruppo di ricerca giapponese, guidato dal professor Shiki Yagai dell'Istituto per la ricerca accademica avanzata dell'Università di Chiba, ha recentemente esplorato un nuovo approccio coformatore supramolecolare. "Abbiamo applicato questo approccio a un monomero supramolecolare che può formare uno stato polimorfico cristallino insolubile", spiega il dottor Yagai.
Il loro articolo, pubblicato in Angewandte Chemie International Edition il 22 settembre 2023, è scritto da Atsushi Isobe della Graduate School of Science and Engineering dell'Università di Chiba e dal Dr. Takashi Kajitani dell'Open Facility Center del Tokyo Institute of Technology.
Il team ha studiato gli SP formati da un monomero coniugato con π funzionalizzato con un'unità multipla di legame a idrogeno dell'acido barbiturico rappresentata dal composto 1. Questo monomero supramolecolare era scarsamente solubile formando uno stato polimorfico cristallino durante le procedure di preparazione degli SP.
Pertanto, i ricercatori hanno recentemente progettato il composto 2 con una struttura molecolare leggermente modificata del composto genitore 1 come coformatore supramolecolare. Il composto 2 era altamente solubile perché la modifica molecolare preveniva efficacemente la formazione dello stato polimorfico cristallino osservato per il composto genitore 1. Dopo aver miscelato i due composti, i ricercatori hanno dimostrato una solubilità significativamente migliorata del monomero genitore 1, senza alterare la sua capacità di formare SP.
L'uso di questo coformatore supramolecolare ha quindi contribuito a superare i problemi legati alla cristallinità e ha consentito la preparazione di SP ad alte concentrazioni. Inoltre, sfruttando la natura reversibile dei legami dei monomeri, le molecole del coformatore potrebbero essere separate dagli SP risultanti.
Sottolineando l'importanza di questi risultati, il dottor Yagai afferma:"L'uso del coformatore può facilitare la produzione su larga scala di SP, portando alla valutazione delle loro funzionalità. L'applicazione di polimeri supramolecolari può contribuire alla produzione di nuovi materiali plastici che mostrano elevati riciclabilità derivante dalla reversibilità dei legami monomerici e riciclarli con un minor consumo di energia."
A lungo termine, ciò può aprire la strada allo sviluppo di plastiche riciclabili migliorate per un futuro sostenibile.
Ulteriori informazioni: Atsushi Isobe et al, Un approccio coformatore per la polimerizzazione supramolecolare ad alte concentrazioni, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI:10.1002/anie.202312516
Informazioni sul giornale: Edizione Internazionale Angewandte Chemie
Fornito dall'Università di Chiba
