Polímeros ‘frustrados’ que se curan a sí mismos | October 2, 2017 Issue - Vol. 95 Issue 39 | Chemical & Engineering News
Volume 95 Issue 39 | p. 5
Issue Date: October 2, 2017 | Web Date: September 28, 2017

Polímeros ‘frustrados’ que se curan a sí mismos

Unos investigadores llevan el concepto de par ácido-base de Lewis a una nueva dimensión con un nuevo método de reticulación en geles con propiedades "autocurativas"
Department: Science & Technology
Keywords: Chemical bonding, frustrated Lewis pair, FLP, self-healing, cross-linking
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Incorporando grupos voluminosos fosfina y borano a las cadenas poliméricas laterales y añadiendo una pequeña molécula para formar una red entrecruzada de pares de Lewis frustrados.
Credit: Adaptado de J. Am. Chem. Soc.
A diagram shows how a polymer network forms by interaction of phosphine and borane side groups with an azodicarboxylate promoter substrate.
 
Incorporando grupos voluminosos fosfina y borano a las cadenas poliméricas laterales y añadiendo una pequeña molécula para formar una red entrecruzada de pares de Lewis frustrados.
Credit: Adaptado de J. Am. Chem. Soc.
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Un polímero decapitado se regenera a si mismo en un minuto gracias a las interacciones dinámicas entre ácidos-bases de Lewis.
Credit: J. Am. Chem. Soc.
A set of three images shows how a polymer gel cut in half can heal itself using Lewis acid-base pair chemistry.
 
Un polímero decapitado se regenera a si mismo en un minuto gracias a las interacciones dinámicas entre ácidos-bases de Lewis.
Credit: J. Am. Chem. Soc.

Los pares de Lewis frustrados (FLPs, por sus siglas en inglés) causaron sensación en la comunidad química hace una década cuando fueron utilizados como un sistema catalítico libre de metales. Ahora, un equipo de investigación escocés ha llevado este concepto a un territorio inexplorado al incorporar FLPs en polímeros por primera vez. Entre otras características, los muy reactivos FLPs son una nueva estrategia para formar redes dinámicas entrecruzadas que les dan a estos geles poliméricos propiedades autocurativas.

"Esta novedad resulta muy emocionante, y es una aplicación práctica de los FLPs para acceder a materiales con propiedades y características únicas de una manera muy inteligente," comenta Douglas W. Stephan de la Universidad de Toronto, que no tiene relación con este proyecto.

Stephan y sus colaboradores introdujeron la idea de los FLP en 2006, descubriendo que cuando una base de Lewis rica en densidad electrónica intenta compartir uno de sus pares de electrones extra con un ácido de Lewis deficiente en electrones, si la base y el ácido contienen sustituyentes voluminosos o están separados por algún grupo espaciador, la habilidad de neutralizarse completamente y formar un enlace resistente no es posible. El par se conoce como "frustrado".

Este par no neutralizado crea un desequilibrio energético entre el par solitario de la base y el orbital vacío aceptor del ácido. Esta situación le da al FLP la habilidad de trabajar de forma cooperativa para enlazarse y romper moléculas pequeñas como H2, NO, y CO2 de manera similar a la catálisis organometálica. En concreto, varios grupos de investigación han demostrado que los FLPs son catalizadores no metálicos muy útiles, por ejemplo, en hidrogenaciones de moléculas orgánicas como olefinas, iminas, alquinos y cetonas.

Michael P. Shaver y su grupo en la Universidad de Edimburgo, se preguntaban si esta química tan especial podría generar una respuesta en ciertos polímeros. Los pares de Lewis ya habían sido incorporados a polímeros con anterioridad. Pero el equipo de Shaver diseñó poliestireno frustrado, que contiene una base de Lewis con sustituyentes voluminosos de tipo fosfina o ácidos de Lewis con grupos borano. Cuando los dos polímeros se mezclan, los sustituyentes interfieren no permitiendo la interacción ácido-base debido al impedimento estérico y bloquean el entrecruzamiento de las cadenas de polímero solubles. El equipo descubrió que al añadir un pequeño reactivo como el dietil azodicarboxilato, este sustrato permitía que los pares de ácido-base interaccionasen y rápidamente formasen una red de gel polimérico (J. Am. Chem. Soc. 2017, DOI: DOI: 10.1021/jacs.7b07725).

Los investigadores muestran como la formación de la red puede controlarse mediante la cantidad de sustituyentes de boro y fósforo, creando un gel dinámico. Por ejemplo, al ser cortado en trozos, los geles repletos de disolvente pueden pueden curar "sus heridas" y volver a formar un gel homogéneo en cuestión de minutos.

"Los FLPs representan una de las áreas emergentes más interesantes de la química en estos últimos años," apunta el experto en química de polímeros Ian Manners de la Universidad de Bristol. "Este trabajo de Shaver y sus colaboradores lleva el campo hacia una nueva dirección." Manners explica que el principio que han diseñado puede llegar a ser útil para la captura de pequeñas moléculas con impacto en el medio ambiente, como el CO2, pero las ventajas de utilizar interacciones entre FLPs en estrategias ya existentes para entre-cruzamiento y auto-curación todavía no están claras. "El tiempo lo dirá," añade Manners. "De todas maneras es un trabajo de exploración muy interesante y representa los primeros pasos en algo que podría llegar a ser un área de investigación muy importante."


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

 
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ISSN 0009-2347
Copyright © American Chemical Society

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