Des chercheurs de l'Université de Kanazawa rapportent dans Communication Nature qu'un cristal de molécules connues sous le nom de pilier[5]arènes peut former un composé hôte-invité avec des polymères poly(oxydes d'éthylène). L'effet peut être utilisé pour sélectionner des polymères avec différents poids moléculaires et groupes terminaux.

Lorsque les polymères sont confinés dans des canaux unidimensionnels (1-D), ils se comportent différemment. Leur dynamique change, et ils peuvent se lier chimiquement au canal environnant. Une équipe de chercheurs dirigée par Tomoki Ogoshi de l'Université de Kanazawa a maintenant montré qu'un tel confinement 1-D, apportée par un cristal moléculaire d'arènes dits piliers activés, peut être utilisé pour capturer sélectivement différents types de polymères.

Les scientifiques ont étudié la liaison hôte-invité (« complexation ») entre les arènes à pilier[5] activés (en abrégé « P5 ») et les polymères poly(oxyde d'éthylène) (en abrégé « PEO »). P5 est une molécule constituée de 5 unités organiques identiques comportant un cycle benzénique, avec une forme pentagonale. Le bloc de construction monomère de PEO est O-CH 2 -CH 2 ; Les PEO avec 100 monomères ou plus peuvent être facilement synthétisés.

La complexation hôte-invité a été obtenue en faisant d'abord fondre le PEO à 80°C, puis immersion des molécules P5 activées par séchage des solvates dans la masse fondue. Au moyen de mesures de spectroscopie par résonance magnétique nucléaire (RMN), Ogoshi et ses collègues ont pu montrer que les molécules de PEO étaient absorbées par la structure P5. Des expériences de diffraction des rayons X ont montré que la structure cristalline des molécules P5 s'était transformée en un réseau comportant des canaux.

Les chercheurs ont ensuite examiné ce qui s'était passé avec un mélange de PEO composé de différents nombres de monomères. Le nombre de blocs de construction affecte le poids - plus il y a de monomères, plus le polymère est lourd. Ogoshi et ses collègues ont découvert que les PEO les plus lourds étaient absorbés en plus grandes quantités, montrant que l'hôte P5 peut sélectionner des PEO à fraction massique élevée à partir d'un mélange polydispersé. Grâce à des simulations informatiques, il a été possible d'attribuer ce résultat à une augmentation de l'énergie de liaison pour les PEO plus gros (plus lourds).

Les scientifiques ont également étudié l'effet du groupe final du PEO. L'absorption de PEO la plus rapide a été observée pour les groupes terminaux méthoxy (O-CH 3 ), pour laquelle un état d'équilibre a été atteint après 3 minutes. Pour les groupes terminaux OH et NH2, les temps pour atteindre l'équilibre étaient de 10 et 20 minutes, respectivement. L'absorption de PEO avec COOH en tant que groupe final était lente.

L'observation par Ogoshi et ses collègues que les cristaux P5 peuvent effectuer un fractionnement de masse élevée à partir de mélanges de polymères avec une large distribution de poids moléculaire est importante car, citant les scientifiques, « les polymères de haut poids moléculaire présentent généralement des caractéristiques supérieures telles qu'une stabilité thermique accrue, propriétés mécaniques améliorées, et une cristallinité plus élevée par rapport aux polymères de faible poids moléculaire."

Pilier[n]arènes

Pilier[n]arènes, collectivement nommés piliers (et parfois piliers), sont des molécules organiques cycliques constituées de n unités dites hydroquinones, qui peut être substitué. Hydroquinone, également connu sous le nom de quinol, a la formule chimique C 6 H 4 (OH) 2 . Il se compose d'un cycle benzénique auquel sont liés deux groupes hydroxyle (OH) de part et d'autre de l'hexagone benzénique.

Le premier pillararene a été synthétisé en 2008 par Tomoki Ogoshi et ses collègues de l'Université de Kanazawa. Le nom de pillararène a été choisi car les molécules sont de forme cylindrique (en forme de pilier) et composées de fragments aromatiques (arènes).

Maintenant, Ogoshi et ses collègues ont montré que des cristaux de n =5 pillararènes peuvent absorber les polymères poly(oxyde d'éthylène) de manière sélective.

Poly(oxyde d'éthylène)

Poly(oxyde d'éthylène) (PEO), également connu sous le nom de poly(éthylène glycol) (PEG) et polyoxyéthylène (POE), est un polymère de formule H-(O-CH 2 -CH 2 ) m -OH, avec n le nombre de O-CH 2 -CH 2 blocs de construction (monomères) dans la structure. Ogoshi et ses collègues ont maintenant montré que l'absorption par les cristaux de n =5 piliers de PEO avec n plus élevé est plus grande que pour PEO avec n inférieur, qui fournit une fonction de fractionnement de poids moléculaire.