Sistemas químicos: controlando o comportamento complexo de misturas de moléculas interativas para desenvolver máquinas moleculares, polímeros entrelaçados e novos materiais

Resumo

O presente programa de pesquisa se enquadra no amplo campo denominado Química de Sistemas, o qual engloba o estudo do comportamento de misturas moleculares complexas, suas interações e as eventuais propriedades emergentes decorrentes dessas interações. A química de sistemas tem uma definição ampla e seus conceitos são usados para descrever vários fenômenos em uma ampla gama de campos de pesquisa, desde a catálise heterogênea até a química atmosférica. Nossa proposta de pesquisa se enquadra na subcategoria de sistemas sintéticos complexos em solução. Como tal, as técnicas de automontagem, que são baseadas no gerenciamento cuidadoso dos parâmetros termodinâmicos e cinéticos que governam as interações intermoleculares não covalentes, estão no centro da presente proposta. Especificamente, receptores moleculares ocos, com cavidades centrais bem definidas, são propostos como componentes cíclicos de máquinas moleculares ligadas mecanicamente e polímeros entrelaçados que são projetados para, respectivamente, operar longe do equilíbrio termodinâmico e demonstrar comportamento complexo, como feedback loop promovido pelo movimento browniano e auto-aceleração de reações intercomponentes. Consequentemente, mecanismos para codificar e recuperar informações em polímeros, bem como máquinas moleculares capazes de armazenar parcialmente energia química a partir de um estímulo externo, em vez de dissipá-lo totalmente como calor para atingir o equilíbrio termodinâmico, são previstos e propostos. Além disso, as técnicas de automontagem de última geração descritas no presente programa de pesquisa em associação com conceitos de ponta em Fotocatálise e em Química de polímeros nos permitem propor materiais inovadores com aplicações potenciais em tecnologias de células solares, fotossíntese artificial, materiais capazes de sinalizar desgaste no nível molecular e membranas poliméricas ultra-seletivas. Tais aplicações são descritas com o objetivo de enfrentar a dura realidade de que nossos esforços de pesquisa também devem levar a "algo útil", ou seja, novas tecnologias. Embora esta iniciativa de pesquisa pareça muito ambiciosa, os aspectos fundamentais para o sucesso do presente projeto foram recentemente estabelecidos por nosso grupo de pesquisa durante o período do projeto JP-1. (AU)