Nuovo materiale di molecole intrecciate

I chimici dell’Università della California, Berkeley, hanno creato un nuovo materiale costituito di molecole intrecciate a cotta di maglia.

Quest’ultima è un tipo di armatura formata da una maglia metallica, anticamente utilizzata per proteggere il corpo dei combattenti. Questo materiale appartiene alla classe dei catenani ed è fatto da milioni di molecole identiche e interconnesse, consente la sintesi di estese strutture 2D o 3D flessibili, forti e resilienti.

I ricercatori hanno trovato un modo per produrre quantità illimitate di catenani in un unico passaggio modificando le strutture organiche covalenti per creare una rete 3D

I chimici  Jean-Pierre Sauvage, Sir J. Fraser Stoddart e Bernard L. Feringa ricevettero il Premio Nobel per la Chimica nel 2016 per lo sviluppo di molecole con movimenti controllabili. Queste strutture sono servite come base per creare strutture molecolari in grado di muoversi, spesso chiamate macchine molecolari.

Già nell’agosto dello scorso anno gli scienziati della Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore)  e del  California Institute of Technology (Caltech), Stati Uniti , hanno sviluppato un nuovo materiale ispirato alla cotta di maglia che è flessibile come un tessuto ma può irrigidirsi su richiesta.

Catenani

I catenani sono la classe più semplice  di molecole interbloccate meccanicamente che comprendono due o più anelli. Essi sono permanentemente interconnessi a meno non si rompa un legame di uno degli anelli.

La proprietà peculiare dei catenani è quella degli anelli di ruotare l’uno rispetto all’altro. Mezzo secolo dopo che i chimici Schill e Lüttringhaus effettuarono la prima sintesi di un [2]catenano, esistono ora una molte strategie per la costruzione di anelli molecolari interconnessi.

Sintesi

I catenani sono stati sintetizzati incorporando unità funzionali, come gruppi redox-attivi, gruppi che isomerizzano in presenza di luce, gruppi fluorescenti e gruppi chirali. Tuttavia la sintesi è piuttosto complessa. L’aggiunta di ogni anello aggiuntivo a un catenano richiede, infatti, una ulteriore sintesi chimica. Dalle prime sintesi sono stati ottenuti al massimo solo 130 anelli intrecciati e pertanto non visibili senza un microscopio elettronico

La scoperta

Il nuovo tipo di catenano, chiamato catenano infinito,  può essere prodotto con un numero illimitato di unità collegate in tre dimensioni. Poiché le singole unità si incastrano meccanicamente e non sono collegate da legami chimici, le strutture possono essere flesse senza rompersi.

Il nuovo materiale di molecole intrecciate ha quindi un potenziale utilizzo in aeroplani, armature e altri scopi che richiedono un materiale che risponda a certe caratteristiche

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