La visión del futuro de la miniaturización ha producido una serie de motores moleculares sintéticos que son impulsados por una variedad de fuentes de energía y pueden llevar a cabo varios movimientos. Un grupo de investigación de Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg FAU ahoralogró controlar una reacción de catálisis mediante un motor de luz controlada. Esto nos acerca un paso más a la realización de la visión de una nano fábrica en la que las combinaciones de varias máquinas trabajan juntas, como es el caso de las células biológicas. Los resultados han sido publicados enla Revista de la Sociedad Química Estadounidense .
Las leyes de la mecánica no siempre se pueden aplicar
Por definición, un motor convierte la energía en un tipo específico de energía cinética. A nivel molecular, por ejemplo, la proteína miosina puede producir contracciones musculares utilizando energía química. Estas nanomáquinas ahora pueden producirse sintéticamente. Sin embargo, las moléculas utilizadas sonmucho más pequeño que las proteínas y significativamente menos complejo.
'Las leyes de la física mecánica no se pueden aplicar simplemente al nivel molecular', dice el Prof. Dr. Henry Dube, Presidente de Química Orgánica I en FAU. La inercia, por ejemplo, no existe en este nivel, explica.por el movimiento browniano, las partículas están en constante movimiento. 'Activar un motor giratorio no es suficiente, es necesario incorporar un tipo de mecanismo de trinquete que evite que gire hacia atrás', explica.
En 2015, mientras estaba en LMU en Munich, el profesor Dube y su equipo desarrollaron un motor molecular particularmente rápido impulsado por luz visible. En 2018, desarrollaron el primer motor molecular que funciona únicamente con luz y funciona independientemente de la temperatura ambiente.Un año más tarde, desarrollaron una variante capaz no solo de rotación, sino también de realizar un movimiento en forma de ocho. Todos los motores se basan en la molécula hemitioíndigo, una variante asimétrica del tinte índigo natural donde un átomo de azufre toma el lugar delátomo de nitrógeno. Una parte de la molécula gira en varios pasos en la dirección opuesta a la otra parte de la molécula. Los pasos impulsados por la energía son activados por la luz visible y modifican las moléculas para bloquear las reacciones inversas.
catalizadores estándar en uso
Después de llegar a FAU, Henry Dube usó el motor giratorio desarrollado en 2015 para controlar un proceso químico separado por primera vez. Se mueve en cuatro pasos alrededor del doble enlace de carbono del hemitioíndigo. Dos de los cuatro pasos activados por una fotoLa reacción se puede utilizar para controlar una reacción de catálisis. 'La luz verde genera una estructura molecular que une un catalizador al hemitioíndigo y la luz azul libera el catalizador', explica el químico.
Se usa un catalizador estándar que no tiene átomos de metal. Usando fuerzas electrostáticas, el catalizador se acopla a través de un enlace de hidrógeno a un átomo de oxígeno en la 'molécula del motor'. Todos los catalizadores que usan un enlace de hidrógeno podrían usarse, en principio"La gran ventaja del hemitioíndigo es que su estructura innata tiene un mecanismo de enlace para los catalizadores", explica el profesor Dube. De lo contrario, tendría que añadirse mediante síntesis química.
La rotación del motor del hemitioíndigo se controla mediante luz visible. Al mismo tiempo, el sistema permite la liberación y unión específicas de un catalizador que acelera o desacelera las reacciones químicas deseadas. 'Este proyecto es un paso importante hacia la integración de motores moleculares enprocesos químicos de forma sencilla y en una variedad de formas ", dice el profesor Dube." Esto nos permitirá sintetizar medicamentos complejos con un alto nivel de precisión utilizando máquinas moleculares como una línea de producción en el futuro. "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Erlangen-Nuremberg . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
Referencia de la revista :
cite esta página :