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Em 1848, Louis Pasteur segregou com sucesso dois tipos de cristais de sal duplo de sódio-amônia do ácido tartárico, que eram imagens especulares um do outro. Naquela época, isso era feito manualmente por meio de um processo meticuloso de observação dos cristais ao microscópio e utilizando um simples par de pinças. Após esta descoberta seminal, o campo da estereoquímica fez grandes progressos.
Hoje, os avanços na tecnologia permitem que os químicos explorem o controle programável sobre a helicidade de polímeros supramoleculares quirais com manipulação em nível molecular, comutação de quiralidade responsiva a estímulos, etc. materiais macios com estruturas dinâmicas e seu tamanho varia da escala nanométrica a alguns mícrons. Além disso, os polímeros supramoleculares quirais não estão uniformemente presentes em solução devido à difusão descontrolada. Sua distribuição pode ser ainda mais aleatória e complexa, especialmente quando se trata de uma mistura de espécies supramoleculares em automontagens multicomponentes. A segregação manual de tais polímeros supramoleculares quirais é portanto difícil de conseguir e praticamente impossível.
Agora, uma equipe liderada pelo diretor KIM Kimoon no Centro de Automontagem e Complexidade do Instituto de Ciência Básica em Pohang, Coreia do Sul, demonstrou com sucesso que o som audível pode ser utilizado para segregar espaço-temporalmente polímeros supramoleculares, que diferem em sua quiralidade, dentro de domínios separados dentro da mesma solução.
O Dr. Shovan Kumar SEN, o primeiro autor deste estudo, está muito entusiasmado com este desenvolvimento. Ele disse: “Os interruptores quirais de resposta redox são bem estudados na literatura, mas nem todos os sistemas se comportam como antecipamos na presença de som audível. Projetando o sistema mais apropriado para demonstrar nossa ideia, que foi iniciada com nosso trabalho anterior publicado dentro Química da Natureza (em 2020), foi um dos momentos mais importantes deste estudo.”
Para alcançar esses resultados, os pesquisadores utilizaram sistemas supramoleculares responsivos a redox fora do equilíbrio, que formam polímeros supramoleculares de quiralidade oposta em seus estados oxidados e reduzidos. Além disso, utilizando som audível (40 Hz), os pesquisadores foram capazes de segregar polímeros supramoleculares de helicidade oposta por meio da formação de padrão espaço-temporal.
O som audível induz vibrações de superfície e correntes de advecção dentro da solução a granel colocada em uma placa de Petri. Isso resulta em uma dissolução mais rápida do oxigênio atmosférico nos domínios concêntricos em forma de anel, que estão localizados nas regiões antinodais (vibrações máximas) das ondas de superfície, resultando no acúmulo de filamentos de polímeros oxidados nessas regiões. Os anéis acima mencionados são separados por outro conjunto de domínios concêntricos, que estão localizados nas regiões nodais (vibrações mínimas) das ondas de superfície e contêm a forma reduzida quiral oposta do polímero supramolecular quiral.
Os pesquisadores projetaram um sistema aquiral responsivo a redox baseado em uma molécula de diimida de perileno funcionalizada com grupos de aminas quaternárias (PDI). Eles então exploraram a co-montagem de PDI com um gelador derivado de fenilalanina (LPF) carregado negativamente (em pH alcalino) fazendo uso de interações eletrostáticas. Os agregados PDI-LPF co-montados levaram à formação de agregados supramoleculares helicoidais canhotos (M-hélice). Curiosamente, quando ditionito de sódio (SDT) foi adicionado como agente redutor à co-montagem PDI-LPF, os agregados supramoleculares helicoidais opostos (P-hélice) foram formados devido à formação de PDI2--Agregados LPF. As estruturas hierárquicas opostas quirais (nanofibras helicoidais) foram observadas a partir de estudos de microscopia eletrônica, o que confirmou ainda mais a inversão da helicidade.
Dr. Rahul Dev MUKHOPADHYAY, que liderou este estudo acredita que há mais em estoque com esta abordagem baseada em som. Ele opinou: “A partir de agora, só podemos alcançar a segregação controlada transitoriamente de dois polímeros supramoleculares quirais opostos dentro de uma solução. Será muito interessante e desafiador alcançar a segregação permanente de tais polímeros supramoleculares dinâmicos helicoidais opostos”.
A equipe também explorou a co-montagem quiral entre PDI e trifosfato de adenosina (ATP). Curiosamente, a co-montagem quiral se desintegrou na redução para formar aquiral PDI2-, liberando ATP de volta para a solução. Quando uma solução reduzida de um co-conjunto PDI-ATP foi exposta ao oxigênio atmosférico na presença de som audível em uma frequência específica (40 Hz), a solução gradualmente se reorganizou em um padrão espaço-temporal que consiste em domínios segregados correspondentes ao PDI aquiral2- agregados e agregados PDI-ATP quirais.
O Prof. KIM Kimoon, que foi responsável pela supervisão geral do estudo, acredita fortemente que a presente estratégia fornece uma nova ferramenta para pesquisadores no campo de pesquisa de química de sistemas para controlar sistemas supramoleculares. Atualmente, a abordagem nos ajuda a segregar apenas dois tipos de polímeros dentro da mesma solução. No futuro, o Prof. Kim espera que tenhamos a chance de controlar múltiplos agregados usando som audível. Ele rapidamente acrescentou: “Lembre-se sempre do que Pasteur disse, o acaso favorece a mente preparada”.
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