Una técnica de flujo automatizado para producir polímeros a la carta

Los polímeros sintetizados a la manera tradicional presentan una cierta distribución de tamaños y secuencias monoméricas. Sin embargo, para algunas aplicaciones como la electrónica molecular, los científicos buscan polímeros de una secuencia y longitud muy específicas–una tarea nada fácil.

Frank A. Leibfarth, Jeremiah Johnson, y Timothy Jamison del MIT, han desarrollado Flow IEG (que en inglés son las siglas de síntesis de crecimiento exponencial iterativo), una nueva técnica de acoplamiento y modificación que facilita la síntesis de polímeros no biológicos (lineales y no lineales) de una secuencia y longitud determinadas. Los investigadores han presentado este nuevo método en dos presentaciones de la División de Química de Polímeros (DPC-ACS) durante el congreso nacional de la ACS en Boston.

Anteriormente ya se habían preparado polímeros no biológicos de una secuencia y longitud definidas, pero hacerlo requería mucho trabajo: bien se preparaban en escala pequeña mediante largos procesos y síntesis de múltiples pasos; bien se sintetizaban usando síntesis en fase sólida (SPS), que añade monómeros a una capa de resina de manera secuencial. Con el SPS, un químico entrenado puede preparar aproximadamente 1 gramo de polímero al día, generalmente de cadenas muy cortas. No obstante, Flow IEG es capaz de producir hasta 60 gramos de producto al día que, además, tiene unas cadenas más largas que mediante el SPS.

Al contrario que las reacciones SPS, Flow IEG no requiere de grandes excesos de monómeros u oligómeros para generar cadenas poliméricas definidas y tampoco usa resinas (ni en fase sólida ni en disolución) que haya que desechar al final del proceso. Sin embargo "el SPS es todavía el método a elegir si cada monómero es diferente y el investigador sólo necesita unos miligramos del polímero (como ocurre en ciertas aplicaciones biomédicas)"–explica Jamison.

El equipo del MIT demostró la técnica combinando hasta tres oligómeros distintos en cadenas de 16 unidades que habrían sido difíciles de obtener utilizando las técnicas tradicionales.  (Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2015, DOI: 10.1073/pnas.1508599112).

Sintetizar este tipo de polímeros homogéneos a gran escala suele ser "bastante tedioso" para los doctorandos, dice Jean-François Lutz, director de un grupo de química macromolecular de precisión de la Universidad de Estrasburgo. El sistema Flow IEG "simplifica enormemente el proceso y lo hace muchísimo más práctico."

El experto en síntesis de polímeros Craig J. Hawker, de la Universidad de California Santa Bárbara está de acuerdo, e indica que a día de hoy los procesos iterativos más optimizados requieren semanas de duro trabajo, incluso para una persona entrenada. "Tener un sistema de flujo fiable que haga el trabajo en muchísimo menos tiempo es un gran avance" dijo. "Flow IEG podría ayudar a desvelar el gran potencial de los polímeros sintéticos en numerosas ciencias aplicadas.

Flow IEG va más allá de IEG, una conocida técnica de síntesis a gran escala, gracias a que lleva a cabo un sistema de flujo en varios pasos. En cada uno de los pasos, uno de dos grupos protectores diferentes se elimina de cada sustrato. Luego, los sustratos se purifican y se acoplan para dar un producto final que queda protegido. Cada ciclo dobla el peso molecular del polímero. Una variación llamada IEG+ permite control estereoquímico y la funcionalización de las cadenas laterales. Gracias a esto se pueden añadir distintos grupos funcionales que pueden hacer que los polímeros crezcan de manera estereoespecífica.

Estos investigadores del MIT todavía no han comercializado su invento, pero quizás lo hagan en el futuro. Por el momento están intentando mejorar el sistema de flujo para conseguir la completa automatización del proceso. También están explorando la posibilidad de estudiar otras reacciones de acoplamiento. "Nuestra visión es hacer fácil, para los menos expertos en el campo, la producción de complejas macromoléculas con secuencia y estereoquímica definida para una gran variedad de aplicaciones," dijo Johnson.

Traducción al español producida por Fernando Gomollón Bel de Divulgame.org para C&EN. La versión original (en inglés) del artículo está disponible aquí.