Un equip d'investigadors de les universitats de les Illes Balears i de València revela que les propietats dels nanomaterials es poden alterar mitjançant canvis mínims en la disposició espacial de les molècules 

Els polímers supramoleculars estan constituïts per molècules orgàniques (monòmers) que s’organitzen en dissolució mitjançant enllaços no covalents reversibles (enllaços d’hidrogen, interaccions π, etc.) i formen estructures nanomètriques ben definides. Aquesta associació de molècules es produeix de manera espontània, és a dir, sense la participació humana, i es coneix com a autoassemblatge molecular. Com a resultat de l’agregació mitjançant interaccions reversibles, els sistemes autoassemblats tenen propietats dinàmiques d’autoreparació i autoregulació, que són propietats fonamentals perquè existeixi vida.

Estudiar els polímers supramoleculars té una gran rellevància per entendre millor l’estructura i les propietats de macromolècules biològiques constituïdes a partir d’interaccions no covalents, com, per exemple, les proteïnes, l’ADN i els virus. Actualment, els polímers supramoleculars tenen un gran potencial en nanotecnologia i s’empren en el desenvolupament de nanomaterials supramoleculars amb aplicacions en fotònica, electrònica i biomedicina, entre d’altres.

El grup de Química Orgànica Supramolecular de la Universitat de les Illes Balears, en col·laboració amb la Universitat de València, ha estudiat els efectes conformacionals en molècules petites sobre els processos de formació de polímers supramoleculars. Aquests estudis revelen que petits canvis en la conformació (disposició espacial dels àtoms) de les molècules esdevenen grans canvis en la morfologia i propietats de les estructures nanomètriques que formen.

Per fer aquest estudi, els investigadors de la UIB han sintetitzat un nou macrocicle que incorpora dues unitats de la molècula esquaramida, la qual té una gran capacitat per establir interaccions d’enllaç d’hidrogen. Les esquaramides tenen dues conformacions estables interconvertibles, Z,Z i Z,E, les quals presenten diferent disposició espacial relativa dels grups N-H, que serien els responsables de la formació d’enllaços d’hidrogen.

Segons la polaritat del dissolvent i la concentració de macrocicle, aquest s’autoassembla en dos agregats nanomètrics marcadament diferents, Agregat A i Agregat B, segons la conformació (Z,E o Z,Z, respectivament) que adopta la nostra «peça fonamental» esquaramida. Sota unes condicions apolars, el sistema tendeix a agregar-se i dona lloc a nanoestructures fibril·lars (Agregat B), en les que predominen les interaccions d’enllaç d’hidrogen cap-cua gràcies a la conformació Z,Z dels grups esquaramida. D’altra banda, en condicions més polars, s’afavoreix la conformació Z,E de les esquaramides, la qual condueix a la formació de nanoestructures cícliques deformades (Agregat A) gràcies a les interaccions per enllaços d’hidrogen laterals.

Recerca en portada

Aquest treball s’ha publicat a la prestigiosa revista Small, que l’ha destacat a la portada del número del mes de febrer. La il·lustració empra una analogia amb el joc d’ordinador TETRIS, basat en l’apilament de blocs de construcció (tetrimions). En aquesta imatge, els tetrimions simulen les molècules i, segons la forma i disposició dels blocs, s’apilen de diferent manera i desencadenen un tipus nanoestructura o una d’altra.

Referència bibliogràfica

Orvay,  F. (et al.) (2021). Influence of the Z/E Isomerism on the Pathway Complexity of a Squaramide‐Based Macrocycle. Small, 17(7). https://doi.org/10.1002/smll.202006133

Fecha de publicación: Thu Mar 11 11:49:00 CET 2021