Structures moléculaires de poly (acide lactique) non substitué et substitué. Crédit :Tsuji, H. et al. Colle moléculaire configurationnelle :un polymère optiquement actif attire deux polymères optiquement actifs configurés de manière opposée. Sci. Représentant . 7, 45170 ; doi :10.1038/srep45170 (2017).
Hideto Tsuji, professeur à l'Université de technologie de Toyohashi, et ses collègues ont fait une première découverte mondiale de l'action de «colle moléculaire» d'une molécule hélicoïdale dans le sens inverse des aiguilles d'une montre pour coller ensemble deux molécules hélicoïdales dans le sens des aiguilles d'une montre. Cette découverte a été annoncée le 24 mars dans Rapports scientifiques . Lier deux polymères enroulés dans le même sens était auparavant impossible. Par conséquent, le degré de liberté dans la combinaison polymère a augmenté, et le développement de nouveaux matériaux polymères avec diverses propriétés est devenu possible.
Le groupe de recherche dirigé par le professeur Hideto Tsuji mène des recherches fondamentales et appliquées sur les polymères biodégradables dérivés de ressources renouvelables telles que la fécule de maïs ou de pomme de terre. Le groupe étudie principalement un polymère biodégradable typique poly(acide lactique). Le poly(acide lactique) est hydrolysé et dégradé dans le corps humain et l'acide lactique résultant est métabolisé sans provoquer d'effets indésirables sur le corps. En raison de cet avantage, le poly(acide lactique) est utilisé dans des applications médicales comme matériau d'échafaudage pour la régénération tissulaire et également dans des applications environnementales.
Le poly(acide lactique) contient un carbone asymétrique et se présente donc sous forme d'énantiomère L ou D, à savoir le poly(acide L-lactique) ou le poly(acide D-lactique) (Fig. 1). Étant donné que l'interaction entre différents énantiomères (c'est-à-dire entre L et D) est plus forte que celle entre les mêmes énantiomères (par exemple entre D et D), le mélange des deux énantiomères conduit à la co-cristallisation d'un énantiomère L et d'un énantiomère D (ce phénomène est également appelé formation de stéréocomplexes). Le stéréocomplexe a un point de fusion plus élevé, de meilleures propriétés mécaniques, et une résistance à la chaleur et une résistance à l'hydrolyse supérieures à celles de leurs énantiomères constitutifs, et donc le stéréocomplexe peut avoir des applications plus larges que celles des matériaux biodégradables conventionnels. Dans ces circonstances, la formation de stéréocomplexes entre le poly(acide lactique) a fait l'objet de recherches actives ces dernières années.
Colle moléculaire hélicoïdale. Crédit :Tsuji, H. et al. Colle moléculaire configurationnelle :un polymère optiquement actif attire deux polymères optiquement actifs configurés de manière opposée. Sci. Représentant . 7, 45170 ; doi :10.1038/srep45170 (2017).
L-poly(acide lactique) est hélicoïdal dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, et le D-poly(acide lactique) est en hélice dans le sens des aiguilles d'une montre. Par conséquent, le fait que le L-poly(acide lactique) et le D-poly(acide lactique) forment ensemble un stéréocomplexe indique qu'une molécule en hélice dans le sens inverse des aiguilles d'une montre et une molécule en hélice dans le sens des aiguilles d'une montre sont fortement attirées l'une vers l'autre. Tsuji et al. ont également découvert que le mélange des énantiomères L et D du poly(acide 2-hydroxybutanoïque) (Fig. 1) (un poly(acide lactique) avec son groupe méthyle remplacé par un groupe éthyle) entraîne également la formation de stéréocomplexes. En outre, il existe des rapports sur les mêmes phénomènes se produisant à l'acide poly(2-hydroxy-3-méthylbutanoïque) (Fig. 1) (un poly(acide lactique) avec son groupe méthyle remplacé par un groupe isopropyle) et se produisant même entre poly(acide lactique) ) avec des chaînes latérales différentes (par exemple, entre le L-poly(acide lactique) et le D-poly(acide 2-hydroxybutanoïque)). Tous ces phénomènes indiquent la présence d'une forte interaction entre une molécule en hélice antihoraire et une molécule en hélice horaire.
Cette fois, Tsuji et al. ont trouvé l'action d'une molécule en hélice dans le sens inverse des aiguilles d'une montre pour coller deux molécules en hélice dans le sens des aiguilles d'une montre de structure différente qui ne se lient pas l'une à l'autre autrement (Fig. 2). Cette découverte indique qu'une molécule en hélice dans le sens des aiguilles d'une montre aurait également l'action de coller deux molécules en hélice dans le sens contraire des aiguilles d'une structure structurellement différentes qui ne se lient pas l'une à l'autre autrement. Grâce à une expérience utilisant le D-poly(acide lactique), L-poly(acide 2-hydroxybutanoïque), et D-poly(acide 2-hydroxy-3-méthylbutanoïque), Tsuji et al. ont découvert pour la première fois dans le monde que le L-poly(acide 2-hydroxybutanoïque) hélicoïdal dans le sens inverse des aiguilles d'une montre agit comme une "colle moléculaire hélicoïdale" pour coller le D-poly(acide lactique) hélicoïdal dans le sens acide -3-méthylbutanoïque) et co-cristallise ainsi ces deux molécules D malgré le fait que ces deux ne co-cristallisent généralement pas. Cette découverte a ouvert la porte à la liaison de divers polymères enroulés dans le même sens. Maintenant que le degré de liberté dans la combinaison de polymères a augmenté, le développement de nouveaux matériaux polymères aux propriétés diverses est devenu possible.
