Sintesi in bulk

Uno dei metodi più utilizzati per ottenere la sintesi di polimeri a stampo molecolare è quello della sintesi in bulk. Questa tecnica permette la formazione di una rete molto articolata prodotta mediante polimerizzazione di monomeri funzionali e agenti reticolanti attorno a molecole stampo. Il risultato è un blocco solido molto duro che deve essere frantumato e setacciato prima di potere essere impiegato.

La sintesi dei polimeri necessita di tre passaggi:
1. Formazione di un complesso (covalente o non-covalente) tra monomero funzionale e molecola stampo;
2. Polimerizzazione del complesso monomero/templante;
3. Rimozione della molecola stampo dal polimero.

Soluzione con Molecola Templante e Monomeri funzionali	Complessazione
Polimerizzazione	Eliminazione della molecola stampo

Durante il primo passaggio, il monomero funzionale e la molecola stampo vengono messe a contatto in soluzione. Durante la polimerizzazione la struttura viene congelata in una rete tridimensionale. Nell’ultimo passaggio le molecole stampo vengono rimosse con un opportuno solvente e lo spazio, rimasto vuoto, forma il sito di legame.
La cavità prodotta dall’allontanamento del templante mantiene dimensioni, struttura e caratteristiche chimico-fisiche, ed è in grado di legare selettivamente la stessa molecola o un suo analogo.

Nella fase sperimentale è stato scelto per la sintesi dei polimeri il metodo applicato da Ferrer e dai suoi collaboratori. La molecola templante (1 mmol) viene sciolta in 5,6 ml di solvente porogeno (toluene) in una vial con tappo a vite, quindi vengono aggiunti nell'odine Acido Metacrilico (MAA) come monomero funzionale (4 mmol), Etilene Glicol Dimetacrilato (EGDMA) come crosslinker (20 mmol), e 2,2' Azobis-Isobutyronitrile (AIBN) come iniziatore radicalico (0,24 mmol).
La soluzione viene degasata in flusso di azoto per cinque minuti per allontanare l'ossigeno, molto dannoso per la reazione, quindi la vial viene sigillata e lasciata per 24 ore a 60°C in bagno termostatato. Il risultato è un polimero formato da un blocco molto duro, da frantumare e setacciare per ottenere la frazione compresa tra 45 e 100 µm di diametro, da utilizzare per impaccare colonnine per estrazione SPE. Il polimero va poi lavato in Soxhlet con metanolo finché il templante non viene completamente rimosso.
(vedi Fase Sperimentale)

Stampo molecolare Covalente
Prima della polimerizzazione si deve produrre un complesso tra monomero funzionale e templante mediante formazione di un legame covalente. Dopo la polimerizzazione il legame covalente viene spezzato e il templante viene rimosso dal polimero.
Vantaggi: il complesso monomero-templante è più stabile, ciò rende il processo di stampo più preciso. Una volta che il legame covalente è stato realizzato, si possono impiegare diverse condizioni di polimerizzazione (alte temperature, elevato o basso pH, solventi più polari).
Svantaggi: la sintesi del complesso monomero-templante è spesso fastidiosa e poco economica. Il numero di legami covalenti reversibili disponibili è limitato. E’ difficile rimuovere il templante dal polimero. Il legame e il rilascio delle sostanze target è lento (poiché richiede la formazione e la rottura di un legame covalente).

es. Sintesi del MIP-Mannopyranoside mediante stampo Covalente

Stampo molecolare Non-Covalente
Il legame tra monomero funzionale e templante è dovuto alla formazione di interazioni non-covalenti (legame idrogeno, interazioni elettrostatiche, ecc..), in questo modo si può formare un complesso semplicemente aggiungendo i composti nella miscela di reazione. Dopo la polimerizzazione, il templante viene rimosso mediante estrazione con un opportuno solvente.
Vantaggi: non è necessario realizzare un complesso monomero-templante prima della polimerizzazione. E’ più semplice rimuovere il templante dal polimero poiché il legame monomero-templante è abbastanza debole. Il legame delle sostanze target e il loro rilascio è veloce.
Svantaggi: il processo di stampo è meno preciso. E’ necessario valutare con cura le condizioni di polimerizzazione per facilitare la formazione delle interazioni non covalenti nella miscela di reazione. I monomeri funzionali presenti in largo eccesso rispetto al templante, spesso determinano la formazione di siti di legame non specifici, provocando una diminuzione della selettività.

Di solito il metodo dello stampo non-covalente è più semplice ed è applicabile ad un numero più ampio di molecole templanti, anche se lo stampo covalente è più preciso.

es. Sintesi del MIP-Teofillina mediante stampo NON-Covalente

Fonti
- Molecular Imprinting. From fondumentals to applications
di M.Komiyama, T.Takeuchi, T.Mukawa e H.Asanuma - ed. Wiley VCH -