_ Un motor molecular mai eficient mărește potențialul aplicații

Motoarele moleculare acționate de lumină au fost dezvoltate pentru prima dată în urmă cu aproape 25 de ani la Universitatea din Groningen, Țările de Jos. Acest lucru a dus la un premiu Nobel pentru chimie comun pentru profesorul Ben Feringa în 2016. Cu toate acestea, a face aceste motoare să lucreze efectiv sa dovedit a fi o provocare. O nouă lucrare de la laboratorul Feringa, publicată în Nature Chemistry pe 26 aprilie, descrie o combinație de îmbunătățiri care apropie aplicațiile din viața reală.

Primul autor Jinyu Sheng, acum cercetător postdoctoral la Institutul de Științe and Technology Austria (ISTA), a adaptat un motor molecular de „prima generație” condus de lumină în timpul doctoratului. studii în laboratorul Feringa. Obiectivul său principal a fost creșterea eficienței moleculei motrice. „Este foarte rapid, dar doar 2% din fotonii absorbiți de molecula conduc mișcarea de rotație.”

Această eficiență slabă poate împiedica aplicațiile din viața reală. „În plus, eficiența sporită ne-ar oferi un control mai bun asupra mișcării”, adaugă Sheng. Mișcarea de rotație a motorului molecular al lui Feringa are loc în patru etape: două dintre ele sunt fotochimice, în timp ce două sunt conduse de temperatură. Acestea din urmă sunt unidirecționale, dar etapele fotochimice determină o izomerizare a moleculei care este de obicei reversibilă.

Sheng și-a propus să îmbunătățească procentul de fotoni absorbiți care conduc mișcarea rotativă. „Este foarte greu de prezis cum se poate face acest lucru și, în cele din urmă, am descoperit din greșeală o metodă care a funcționat”. Sheng a adăugat o grupă funcțională aldehidă moleculei motorului, ca prim pas în transformarea ulterioară.

„Cu toate acestea, am decis să testez funcția motorie a acestei versiuni intermediare și am constatat că este foarte eficientă într-un fel. pe care nu le-am văzut niciodată înainte.”

Pentru aceasta, el a cooperat cu grupul de Fotonică Moleculară de la Institutul Van 't Hoff pentru Științe Moleculare de la Universitatea din Amsterdam. Folosind spectroscopie laser avansată și calcule chimice cuantice, căile de dezintegrare electronică au fost mapate, oferind o perspectivă detaliată asupra funcționării motorului molecular.

În plus, a devenit clar că adaptarea i-a oferit într-adevăr lui Sheng un control mai bun al rotației moleculei. circulaţie. După cum am menționat anterior, motorul molecular se rotește în patru pași discreti. Sheng spune: „Anterior, dacă iradiam un lot de motoare cu lumină, am obține un amestec de motoare în diferite etape ale ciclului de rotație. După modificare, a fost posibil să sincronizăm toate motoarele și să le controlăm în fiecare etapă”.

Acest lucru deschide tot felul de posibilități. De exemplu, motoarele ar putea fi folosite ca dopant chiral în cristale lichide, unde diferitele poziții ar crea culori de reflexie diferite. În lucrare, Sheng și colegii săi prezintă un exemplu în acest sens. Alte aplicații ar putea fi, de exemplu, controlul auto-asamblarii moleculare.

Adăugarea unei grupări aldehide la molecula motoră are, de asemenea, un alt efect interesant: schimbă absorbția luminii la o lungime de undă mai mare. Deoarece lungimile de undă mai mari pătrund mai mult în țesutul viu sau în materialul în vrac, aceasta înseamnă că motoarele ar putea funcționa mult mai eficient în aplicațiile medicale și în știința materialelor, deoarece mai multă lumină va ajunge la molecula motorie, în timp ce acest lucru va folosi fotonii mai eficient.

„Un număr dintre colegii noștri lucrează acum cu noi la acest nou motor molecular pentru diferite aplicații”, spune Sheng. El se așteaptă la mai multe lucrări pe acest subiect în viitorul apropiat. Între timp, există o altă provocare pentru laboratorul Feringa, „Motorul molecular este acum mai eficient, dar nu știm exact de ce modificarea provoacă acest efect. În prezent lucrăm la el.”

(Fluierul)