Naukowcy z Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza wykazali, że kryształy chiralnego związku makrocyklicznego, nazywanego zwyczajowo triangliminą, wykazują zdolność do odwracalnego pochłaniania i uwalniania wody w temperaturach poniżej jej punktu zamarzania. To duży krok w kierunku projektowania materiałów wykorzystujących te właściwości, np. w przemyśle spożywczym czy farmaceutycznym.
Wprawdzie z punktu widzenia chemika woda jest bardzo prostym związkiem, lecz jej znaczenie w przyrodzie jest nie do przecenienia. Dość powiedzieć, że stanowi aż 60% masy ludzkiego ciała, a jej niedobór to jeden z największych problemów, jakie dotykają ludzkość. Choć woda jest jedną z najczęściej badanych substancji, jej właściwości nie przestają zaskakiwać.
Jednym z intensywnie eksplorowanych obszarów badań są substancje zdolne do kontrolowanego i odwracalnego pochłaniania, przechowywania i oddawania wody. Takie właściwości są szczególnie pożądane, np. w formulacjach farmaceutycznych i w pochłaniaczach wody. Większość znanych związków tego typu uwalnia wodę w wyższej temperaturze, często przekraczającej temperaturę wrzenia wody, co czyni ten proces kosztownym i wymagającym użycia znacznych ilości energii. Aby pozyskiwanie wody z atmosfery było opłacalne, poszukuje się takich materiałów, w których proces uwalniania wody może być przeprowadzony w temperaturach niewiele wyższych niż temperatura pokojowa.
Naukowcy z Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza we współpracy z zespołem badawczym z Uniwersytetu Stellenbosch wykazali, że kryształy chiralnego związku makrocyklicznego, nazywanego zwyczajowo triangliminą, wykazują zdolność do odwracalnego pochłaniania i uwalniania wody w temperaturach poniżej jej punktu zamarzania. Ściślej, najniższa temperatura, w której można zaobserwować ten cykliczny proces to –70 stopni Celsjusza. Poniżej tej temperatury następuje zeszklenie wody zawartej w kryształach hydratu, co jest równoznaczne z zanikiem jej zdolności do przepływu.
Struktura kryształu przypomina tzw. cegłę dziurawkę, gdzie średnica kanału wynosi 1 nm, a ściany zbudowane są z makrocykli. Proces pochłaniania i utraty wody można obserwować gołym okiem, bo wiąże się on ze zmianą barwy kryształu (z żółtej na czerwoną i odwrotnie), na skutek zmiany konfiguracji elektronowej związanej z odwracalnym przeniesieniem protonu. Pochłanianie i usuwanie wody nie zmieniają struktury kryształu, sam proces jest bardzo szybki i może przebiegać wielokrotnie bez znamion fizycznego zniszczenia próbki. Należy nadmienić, że tego typu zmiana barwy jest obserwowana tylko dla odpowiedniej fazy krystalicznej – wyjaśnia dr hab. Agnieszka Janiak z Wydziału Chemii UAM, która wraz z dr. hab. Marcinem Kwitem jest współautorką badań.
Wyniki, które opublikowało prestiżowe czasopismo Nature, stanowią istotny krok w kierunku racjonalnego projektowania materiałów zdolnych do odwracalnego wychwytywania wody z atmosfery, nawet przy niskiej wilgotności. Jest to szczególnie ważne dla tzw. jałowych obszarów świata, takich jak stepy i pustynie. Innym obszarem zastosowań są wskaźniki wilgotności dla przemysłu spożywczego i farmaceutycznego, w tym transport i przechowywanie zamrożonej żywności i szczepionek.
źródło: www.uniwersyteckie.pl