Новости химической науки > Ключ от зажигания для молекулярных машин

Исследователи из Голландии разработали молекулярный мотор, работа которого может останавливаться при воздействии кислоты и активироваться при воздействии основания. Результаты исследования являются очередным шагом к возможности управления молекулярными машинами также, как машинами обычными.

Приводимый в действие светом молекулярный мотор может дезактивироваться или активироваться под действием кислоты и основания соответственно. (Рисунок из Angew. Chem. Int. Ed.,2010, DOI: 10.1002/anie.200906064)

Бен Феринга (Ben Feringa) с коллегами из Университета Гронинген за последние несколько лет годы синтезировал несколько различных молекулярных моторов, однако это первый, в котором предусмотрен механизм блокировки. Новый молекулярный мотор представляет собой мономолекулярную систему, в которой «маховик» молекулы параллельно играет роль затычки для гнезда, образованного циклом дибензо[24]краун-8. Два фрагмента молекулы связаны между собой двойной связью углерод-углерод.

Как объясняет Феринга, вращение маховика на 360° вызвано протеканием процессов фото- и термоинициируемой изомеризации, но, что особо важно, такое вращение происходит только в том случае, когда полость краун-эфирного гнезда остается свободным. Освобождение этой полости происходит в результате воздействия сильного основания, отрывающего протоны от аминогруппы «затычки», разрывая водородные связи, удерживающие ее в полости. Феринга поясняет, что при облучении молекулярного мотора светом в запертом состоянии ничего не произойдет, однако при депротонировании молекулярный мотор разблокируется.

Дэвид Лейг (David Leigh), специалист по молекулярным моторам из Университета Эдинбурга весьма заинтересован увидеть то, что водородное связывание достаточно прочно, чтобы удержать вместе две части молекулярного мотора. Он также подчеркивает, что работа Феринги наглядно иллюстрирует разницу между действием машин на макроскопическом уровне и на молекулярном уровне – если движущиеся компоненты макроскопических поворотных двигателей обладают моментом движения, молекулярные машины характеризуются большим разнообразием типов движущих сил.

Другое важное различие между макроскопическими и молекулярными моторами заключается в том обстоятельстве, что разработанный в группе Феринги «наномотор» делает полный оборот примерно за полчаса, хотя исследователи и уверяют, что скорость может быть увеличена, и для завершения поворота могут потребоваться микро- или даже наносекунды. Причина низкой скорости нового молекулярного мотора, по словам Феринги, заключается в том, что термически инициируемая изомеризация отличается меньшей скоростью по сравнению с фотохимической. Исследователь добавляет, что в данном случае целью исследования не было создание быстрого молекулярного мотора, а доказательство принципиальной возможности блокировки и разблокировки молекулярных моторов.

Исследователи из группы Феринги уже разработали другие молекулярные моторы, скорость вращения которых составляет более 3 миллионов оборотов в секунду, а в настоящее время пытаются построить «наномобиль», планируя связать между собой вращательные движения, на которые способен их новый активируемый-дезактивируемый мотор и движение поступательное.

Источник: Angew. Chem. Int. Ed.,2010, DOI: 10.1002/anie.200906064

метки статьи: #нанотехнологии, #органическая химия, #органический синтез, #физическая химия