Dendrímeros (do grego: dendrón, "árvore") são macromoléculas sintéticas altamente ramificadas formadas por um núcleo. Também são conhecidos como moléculas em cascata ou arboróis. Foram descobertos por acidente em 1979 pela equipe de investigação liderada por Donald Tomalia, durante alguns anos foram vistos apenas como sendo curiosidades químicas, porém, à medida que começaram a ser investigados as primeiras aplicações foram sendo descobertas, lentamente no princípio, mas depois cada vez com mais agilidade. Entretanto, já foi sintetizada uma grande variedade de dendrímeros, mudando-se as ramificações, o núcleo e os grupos finais. Podemos agora encontrar dendrímeros mais representativos em catálogo, como os fenoximetil (metilhidrazona) (PMMH) e os poli (amido aminas) (PAMAM). Em função do conhecimento que estes tipos de compostos tem dado, existem no momento vários artigos de revisão que dão um resumo de todo o campo da química dos dendrímeros.
Considerações gerais Dendrímeros são moléculas construídas através de crescimento radial, às camadas, de forma repetitiva, a partir de um núcleo polifuncionalizado, sendo o número de unidades de monômeros incorporado a cada camada sucessivamente dobrado ou triplicado em relação ao do ciclo anterior. A estrutura dendrítica resultante é altamente ramificada e com um grande número de grupamentos funcionais na superfície.
A molécula gerada na primeira série de reações é denominada dendrímero de primeira geração, quando acrescida de mais uma camada através de uma segunda série de reações, dendrímero de segunda geração, e assim por diante, como exemplificado com o dendrímero PAMAM.
A cada geração, o tamanho da molécula aumenta rapidamente e moléculas que possuem alto peso molecular são preparadas com algumas etapas a mais. O congestionamento na superfície limita o crescimento do dendrímero impedindo a introdução de novos grupamentos.
Uma característica dos polímeros dendríticos que pode ser vista como uma vantagem importante em relação aos polímeros convencionais é a estreita faixa de peso molecular conseguida na sua preparação. Dendrímeros até a geração de ordem 10 foram sintetizados com pesos moleculares com variação de 106 Da. Dependendo da estratégia de síntese, dendrímeros de peso molecular em torno de 20 KDa podem ser preparados como uma única macromolécula.
Geralmente dendrímeros até a terceira geração se encontram em estado sólido, como cristais ou sólidos amorfos, enquanto dendrímeros maiores são líquidos viscosos ou vidros, dependendo principalmente do tipo e número de grupamentos terminais. A solubilidade também depende dos mesmos fatores, estando ainda relacionada com as características do núcleo e do ambiente interior do dendrímero.
Síntese Duas estratégias de síntese foram desenvolvidas: o método convergente e o método divergente.
Método divergente No método divergente os dendrímeros são construídos a partir de um núcleo para a periferia. Se, em um determinado ciclo, um número x de grupos reativos da periferia do dendrímero reage com x unidades de monômeros para adicionar uma camada, no próximo ciclo, 2x ou 3x centros reativos estarão disponíveis, dependendo da multiplicidade de ramificações do monômero. Assim, a cada geração, o número de reações para preparar uma nova camada aumenta.
Método convergente O método convergente constrói o polímero da periferia para o núcleo. Isto faz com que o número de reações de acoplamento necessárias para adicionar uma nova geração, usualmente 2 ou 3, seja constante, reduzindo drasticamente a quantidade de produtos indesejáveis. Os polímeros preparados por este método são mais homogêneos do que os preparados pelo método divergente, que acumulam defeitos estruturais em gerações mais altas. A principal desvantagem deste método é estar limitado à preparação de polímeros de baixa ordem de geração, pois quando os dendróns são muito grandes a reação no núcleo fica tão congestionada que os rendimentos caem abruptamente.
Diferentemente de polímeros lineares, que geralmente adotam uma forma enovelada aleatória, a estrutura tridimensional dos dendrímeros é melhor definida, contando com um núcleo central com ramificações que se irradiam para uma superfície periférica. Dendrímeros tendem a existir em uma forma elipsoidal quando em baixas ordens de geração. À medida que novas camadas são adicionadas, adotam uma nova estrutura tridimensional esférica que lembra aquela das proteínas globulares e, semelhantemente ao reconhecimento molecular nas proteínas, podem ocorrer na periferia ou no interior dos dendrímeros as interações com outras moléculas.
Dendrímeros podem ser preparados com formato e tamanho bastante uniformes e o que é mais importante, permitindo um número grande de grupos funcionais por unidade de área da superfície do dendrímero, podendo ter um número de grupamentos funcionais por unidade de volume molecular maior se comparado com outro polímero que tenha o mesmo peso molecular.
Pode ser controlada a química da superfície dos dendrímeros selecionando uma molécula com a reatividade desejada como unidade para compor a última camada, ou modificando todas ou uma parte das unidades terminais para criar nova funcionalidade na superfície. Estas superfícies podem ser preparadas, por exemplo, para interagirem com alvos específicos ou para resistirem à absorção por determinados órgãos ou células. Os grupos periféricos dos dendrímeros são chamados de exo-receptores e os grupos do interior dos dendrímeros são nomeados de endo-receptores.
Os dendrímeros podem funcionar como um endo-receptor unimolecular comportando-se semelhantemente a micelas inversas ou regulares, ou lipossomas. A diferença está em que os componentes da micela, neste caso, estão covalentemente fixados em uma estrutura micelar única, robusta, se comparada à natureza do equilíbrio dinâmico das micelas. Esta diferença é uma vantagem importante para o uso destes micro-domínios em funções de encapsulamento.
Em eletroforese capilar, utilizados como pseudo fase estacionária, viabilizam a realização das análises em qualquer proporção de misturas organo-aquosas, principalmente quando grandes quantidades de modificadores orgânicos se torna necessário, situação na qual micelas normais seriam destruídas.
Além disso, os dendrímeros podem estar ligados entre si de várias formas criando meios polidendrídicos auto-organizáveis que atuam como nano-estruturas. Altamente propensos a formarem agregados com uma grande variedade de polímeros biológicos (por exemplo, DNA, proteínas, entre outros) vêem sendo estudados como materiais artificiais para transferência de genes e ferramentas moleculares multi-ligantes.
Os dendrímeros podem ser projetados de forma a atender os mais diversos propósitos. Sintetizados com a camada externa, composta por carboidratos ou totalmente composto por carboidratos, por exemplo, foram utilizados como modelos para o estudo de interações do tipo glicosídeo/lecitina, fundamentais em biologia, pois intermediam numerosos processos importantes como reconhecimento e adesão celular.
Com um interior hidrofóbico e poli-hidroxilados na superfície, altamente solúveis em meio aquoso, sua utilização tem sido perquisada para facilitar o acesso de drogas lipossolúveis a centros específicos de ação.
Filmes orgânicos preparados a partir de interação entre estruturas dendriméricas e um copolímero reativo covalentemente fixado a uma superfície de vidro ou metálica, encontram importante aplicação na química de adesivos, passivação de corrosão ou na produção de componentes eletrônicos. Os filmes obtidos são densamente funcionalizados, semi-organizados e podem ser facilmente modificados.
Desde a primeira publicação em 1978 (Vogtle), muitos dendrímeros de diferentes classes têm sido preparados, mas apenas dendrímeros de duas famílias, poli (amido aminas) (PAMAM) e poli (propileno iminas), encontram-se disponíveis para comercialização.
Aplicações Captadores seletivos Devido ao controle preciso que se consegue ter sobre a funcionalidade, tamanho e a flexibilidade de dendrímeros, espera-se que seja possível construir um dendrímero capaz de selecionar, com alta seletividade, as moléculas de interesse.
Na área de seleção molecular, os primeiros passos foram dados pelo grupo de investigação de Meijer através da caixa dendritica, um dendrímero de poli(propileno imina) onde foram encapsulados compostos como o ácido p-nitrobenzóico e a Rosa De Bengala.
Existem outras formas de desenvolvimento da caixa dentrítica, como por exemplo, controlar o transporte de massa de moléculas pelo uso de dendrímeros como filtros nanoscópicos. Para tal foram encapsuladas, no interior de dendrímeros PAMAM de alta geração, nanopartículas de paládio para verificação da hidrogenação de alcenos. A ideia que existe por trás desse estudo é que só podem penetrar no dendrímero as moléculas de menor volume (os alcenos têm volume menor do que os respectivos alcanos), encontrando assim o catalisador e reagindo para dar o alcano correspondente.
Sistemas foto-ativos Já foi demonstrado que se pode fazer uso dos materiais orgânicos como as camadas emissoras de luz em LED's (Light Emiting Device). No entanto, devem ser solucionados diversos problemas na emissão dos compostos antes de poder tê-los como LED's comerciais, tais como apenas a emissão das cores necessárias (principalmente o vermelho e o azul), a optimização da eficiência cromofórica juntamente com as propriedades de processamento e a extensão do tempo de vida do sistema. Alguns dos problemas citados têm sido resolvidos com recurso a dendrímeros, em que se pode ter um alto grau de controle do fluxo de energia absorvida através de um controle sintético rigoroso. A utilização de dendrímeros em diodos emissores de luz já se encontra patenteado por Samuel e colaboradores.
Foi desenvolvido um sistema foto-ativo diferente de forma a aproveitar as mudanças de conformação de azobenzenos através de irradiação no interior e na periferia de dendrímeros. Estas mudanças permitem que, com azobenzenos como grupos terminais, os dendrímeros com moléculas possam ser encerrados no seu interior (para transferências se efetuarem). Verifica-se um efeito de antena, com azobenzeno no interior, em que a energia total absorvida pelo exterior do dendrímero pode ser transferida para a unidade azobenzeno central, por ligações covalentes.
Cosmética Atualmente no campo da cosmética, existem empresas que fazem utilização de compostos já conhecidos associados a dendrímeros de alta geração, de modo a ter a concentração local destes compostos maximizada sem aumentar a viscosidade da solução. Constituintes de batom, tal como autobronzeadores, tratamento para o cabelo da Wella e da Unilever Home & Personal e creme antirrugas da L'oreal já se encontram patenteados.
Área biomédica e biotecnológica