O método baseado na luz cria um ajuste molecular que de outra forma seria impossível

Explorando uma combinação engenhosa de reações fotoquímicas (ou seja, induzidas pela luz) e processos de automontagem, uma equipe liderada pelo Prof. Alberto Credi, da Universidade de Bolonha, conseguiu inserir uma molécula filiforme na cavidade de uma molécula em forma de anel, de acordo com uma geometria de alta energia que não é possível no equilíbrio termodinâmico. Em outras palavras, a luz permite criar um “ajuste” molecular que de outra forma seria inacessível.

“Mostramos que ao administrar energia luminosa para um solução aquosapode-se evitar que uma reação de automontagem molecular atinja um mínimo termodinâmico, resultando em uma distribuição do produto que não corresponde àquela observada no equilíbrio”, diz Alberto Credi.

“Tal comportamento, que está na raiz de muitas funções nos organismos vivos, é pouco explorado em estudos artificiais. moléculas porque é muito difícil planejar e observar. A simplicidade e versatilidade da nossa abordagem, juntamente com o facto de a luz visível – ou seja, a luz photo voltaic – ser uma fonte de energia limpa e sustentável, permitem-nos prever desenvolvimentos em diversas áreas da tecnologia e da medicina.”

O estudo foi publicado no diário Química

A automontagem de componentes moleculares para obtenção de sistemas e materiais com estruturas em escala nanométrica é um dos processos básicos da nanotecnologia. Aproveita a tendência das moléculas de evoluir para atingir um estado de equilíbrio termodinâmico, ou seja, de energia mínima.

No entanto, os seres vivos funcionam por meio de transformações químicas que ocorrem longe de equilíbrio termodinâmico e só pode ocorrer fornecendo energia externa.

Reproduzir tais mecanismos com sistemas artificiais é um desafio complexo e ambicioso que, se superado, poderá permitir a criação de novas substâncias, capazes de responder a estímulos e interagir com o ambiente, que poderão ser utilizadas para desenvolver, por exemplo, medicamentos inteligentes e ativos materiais.

O ajuste molecular

Os componentes interligados são ciclodextrinas, moléculas ocas solúveis em água com formato de cone truncado, e derivados de azobenzeno, moléculas que mudam de forma sob o efeito da luz. Na água, as interações entre esses componentes levam à formação de complexos supramoleculares nos quais a espécie filiforme de azobenzeno é inserida na cavidade da ciclodextrina.

Neste estudo, o composto filiforme possui duas extremidades diferentes; uma vez que os dois aros da ciclodextrina também são diferentes, a inserção do primeiro no segundo gera dois complexos distintos, que diferem na orientação relativa dos dois componentes.

O complexo A é mais estável que o complexo B, mas este último se forma mais rapidamente que o primeiro. Na ausência de luz, apenas o complexo termodinamicamente favorecido, nomeadamente A, é observado em equilíbrio.

Ao irradiar a solução com luz visível, o azobenzeno muda de uma configuração estendida semelhante à ciclodextrina para uma configuração curvada incompatível com a cavidade; como resultado, o complexo se dissocia. No entanto, a mesma luz pode converter o azobenzeno de volta da forma curvada para a forma estendida, e os componentes dissociados podem ser remontados.

Como o complexo B se forma muito mais rápido que o A, sob iluminação contínua é alcançado um estado estacionário no qual o complexo B é o produto dominante. Uma vez apagada a luz, o azobenzeno reverte lentamente para a forma estendida e, após algum tempo, apenas o complexo A é observado.

Este mecanismo de automontagem aliado a uma reação fotoquímica permite aproveitar a energia da luz para acumular produtos instáveis, abrindo caminho para novas metodologias de síntese química e para o desenvolvimento de materiais e dispositivos moleculares dinâmicos (por exemplo, nanomotores) que operam sob condições de não equilíbrio, semelhantes aos seres vivos.

O estudo é o resultado de uma colaboração entre os Departamentos de Química Industrial “Toso Montanari”, Química “Ciamician” e Ciência e Tecnologia Agrícola e Alimentar da Alma Mater, a Universidade da Corunha em Espanha e o instituto Isof-Cnr em Bolonha.