Nuevos descubrimientos para materiales adaptables y autorreparables

2nd abril 2025 – Un estudio realizado por el grupo del Dr. José Augusto Berrocal en el ICIQ, en colaboración con el equipo del Prof. Di Stefano en la Università di Roma «La Sapienza», presenta un nuevo enfoque de la polimerización supramolecular transitoria. Los resultados, publicados en la revista Journal of the American Chemical Society (JACS), describen un proceso reversible en el que la química covalente dinámica y las interacciones supramoleculares permiten transformaciones temporales del material, siguiendo un ciclo químico cerrado.

El Dr. Berrocal comenta: «Esta investigación presenta un nuevo enfoque para desencadenar e invertir la polimerización sin cambios químicos permanentes. Se puede ver como una forma de reciclar continuamente los mismos componentes químicos y darles una nueva forma química. La esperanza es que ahora podamos basarnos en este ejemplo de combinar la química covalente dinámica con las interacciones supramoleculares para diseñar sistemas más avanzados que respondan a estímulos externos. Creo que esto puede conducir a materiales adaptativos más sostenibles y sofisticados».

El estudio demuestra cómo la química covalente dinámica y las interacciones supramoleculares trabajan juntas para desencadenar un proceso de polimerización reversible. En este método, una biblioteca combinatoria dinámica de iminas alifáticas y aminas aromáticas se trata con un ácido carboxílico activado. Se obtiene así una nueva biblioteca de iminas aromáticas y aminas alifáticas protonadas. En condiciones ácidas, se forman polímeros supramoleculares debido a las interacciones entre las aminas alifáticas protonadas y los grupos éter corona de la estructura de la imina aromática. Una vez agotado el ácido carboxílico activado, el combustible químico, el sistema vuelve a su estado covalente original, lo que demuestra que el proceso es totalmente reversible.

Enfoque circular de la química de polímeros

Los polímeros supramoleculares se caracterizan por su capacidad de responder a estímulos externos debido a sus interacciones reversibles, como los enlaces de hidrógeno, el apilamiento π-π y la coordinación metal-ligando. Este estudio se basa en investigaciones anteriores sobre procesos de polimerización fuera de equilibrio inspirados en sistemas biológicos, como la formación reversible de filamentos de actina o microtúbulos en las células.

Los materiales diseñados con este enfoque pueden adquirir temporalmente propiedades específicas, como resistencia mecánica o elasticidad, en respuesta a un estímulo químico. Una vez eliminado el estímulo, vuelven a su estado inicial. Estas propiedades pueden aplicarse al desarrollo de materiales autocurativos y sistemas sensibles.

El proceso de polimerización descrito en este estudio sigue un ciclo cerrado. El combustible químico inicia una polimerización supramolecular, mientras que su agotamiento restaura el estado covalente original. Este enfoque se ajusta a los principios de diseño de materiales sostenibles, minimizando los residuos y permitiendo la reciclabilidad total del material.

Posibles aplicaciones

Este método proporciona un marco para desarrollar materiales reciclables y sensibles a los estímulos. Permite la conversión de depósitos covalentes de material en polímeros supramoleculares y viceversa, apoyando un modelo circular de utilización de materiales. El proceso funciona sin modificaciones químicas permanentes, lo que garantiza la reciclabilidad completa de los componentes materiales.

Al demostrar la conversión transitoria de materiales covalentes en polímeros supramoleculares, esta investigación contribuye al avance de la química supramolecular y la ciencia de materiales.

Artículo de referencia

Polímeros supramoleculares transitorios a base de imina
Melchiorre, G.; Visieri, L.; Valentini, M.; Cacciapaglia, R.; Casnati, A.; Baldini, L.; Berrocal, J. A.; Di Stefano, S.
J. Am. Chem. Soc. 2025
DOI: doi.org/10.1021/jacs.5c00274