Polímeros supramoleculares

Como es sabido, un polímero es una macromolécula formada por muchas unidades pequeñas llamadas monómeros unidas entre sí por enlaces covalentes. Pues bien, ciertos monómeros también se pueden unir por fuerzas no covalentes, como las fuerzas de Van del Waals, los enlaces de hidrógeno, las interacciones π-π por apilamiento, la coordinación de metales, los enlaces de halógenos o calcógenos o las interacciones anfitrión-huésped. En esos casos se crean entidades más grandes llamadas polímeros supramoleculares. Cuando las interacciones son muy direccionales, el polímero macromolecular tiene una geometría bien determinada. Estas interacciones son reversibles.

Algunos tipos de interacciones entre monómeros para formar polímeros supramoleculares (Injp20 – Obra propia, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=92325996).

Ejemplos

Un ejemplo de polímero supramolecular basado en enlaces de hidrógeno es la ureidopirimidinona. Cada monómero consta de una cadena de hidrocarburo con una unidad 2-ureido-4 [1H] -pirimidinona (ver la siguiente figura) en cada extremo. Estas unidades forman enlaces de hidrógeno entre sí (líneas de puntos en la figura). Los monómeros se autoensamblan espontáneamente para formar una red polimérica que tiene características viscoelásticas. En general, los enlaces de hidrógeno de los polímeros supramoleculares tienen una vida media muy larga (entre 0,1 y 1 s), lo que explica que aporten consistencia al material.

De Greef (2008)

Por su lado, los monómeros que tienen anillos aromáticos son susceptibles de interaccionar entre sí apilándose (es decir, colocándose los anillos uno encima de otro paralelamente), lo que les permite formar uniones ππ. En algunos casos coadyuvan enlaces de hidrógeno entre restos unidos a los anillos. Así sucede en un polímero supramolecular nanotubular formado por la polimerización supramolecular de derivados anfifílicos de hexa-peri-hexabenzocoroneno, que se ensamblan solvofóbicamente en disolventes polares formando una membrana bicapa bidimensional que se puede enrollar en cintas helicoidales o en nanotubos, como se ve en la imagen.

Utilidad

Los polímeros supramoleculares son materiales relativamente fáciles de manipular porque no es difícil fundirlos, obteniéndose líquidos de baja viscosidad. Como las uniones entre los monómeros son reversibles, son fácilmente reciclables. Algunos tienen características únicas como la de la autorreparación. Así, hay uno de consistencia gomosa que, si fractura se puede pegar fácilmente presionando los fragmentos uno contra otro, ya que así se restauran los enlaces no covalentes (sobre todo, enlaces de hidrógeno).

Sus aplicaciones potenciales o reales son variadas. Podrían usarse como recubrimiento de sustratos delicados y sensibles al calor. Por ejemplo, la madera y las telas generalmente no se pueden recubrir con polímeros covalentes porque se dañarían con el calor del polímero fundido. Esto no sería un problema para los polímeros supramoleculares porque sus puntos de fusión son relativamente bajos. También se pueden convertir en adhesivos excelentes y en tintas de impresoras. O para cualquier aplicación que requiera un procesamiento a partir de una disolución o de un gel, como cosméticos y productos de cuidado personal.

En la naturaleza hay polímeros supramoleculares, aunque no en abundancia. Un ejemplo es el resultado del autoensamblaje del virus del mosaico del tabaco.

(Imagen de cabecera: un polímero supramolecular basado en hexa-peri-hexabenzocoroneno (HBC), un alquilo de 12 átomos de carbono (dodecilo, C12) y trietilenglicol (TEG) forma bicapas que se arrollan formando hélices o nanotubos según se suspendan en tetrahidrofurano (THF) o en una mezcla de este disolvente y agua).

Referencias:

  • Jonathan P Hill et al., Self-assembled hexa-peri-hexabenzocoronene graphitic nanotube. Science, 304 (2004) 1481-3.
  • Tom F. A. de Greef y E. W. Meijer. Supramolecular polymers, Nature, 453 (2008) 171–173