Команда химиков из Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) в Мюнхене успешно соединила направленное движение активируемого светом молекулярного двигателя с другой химической единицей, тем самым сделав важный шаг на пути к созданию синтетических наномашин..
Молекулярные двигатели - это химические соединения, которые преобразуют энергию в направленные движения. Например, можно заставить заместитель, присоединенный к определенной химической связи, вращаться в одном направлении под воздействием света с определенной длиной волны. Таким образом, молекулы такого типа представляют большой интерес в качестве движущих сил наномашин. Однако для выполнения полезной работы эти двигатели должны быть интегрированы в более крупные сборки таким образом, чтобы их механические движения могли быть эффективно связаны с другими молекулярными единицами. Пока эта цель остается недостижимой. Химик LMU доктор Генри Дьюб - известный специалист в области молекулярных двигателей. Теперь он и его команда сделали важный шаг к достижению этой цели. Как они сообщают в журнале Angewandte Chemie, им удалось соединить однонаправленное движение химического двигателя с приемником и продемонстрировали, что двигатель может не только заставить приемник вращаться в том же направлении, но в то же время значительно ускорить его. вращение.
Молекулярный двигатель в установке Дьюба основан на молекуле гемитиоиндиго, которая содержит подвижную углеродную двойную связь (-C=C-). Когда соединение подвергается воздействию света с определенной длиной волны, эта связь вращается в одном направлении. «В статье, опубликованной в 2018 году, мы смогли показать, что это направленное вращение двойной связи может быть передано с помощью молекулярного «кабеля» вращению одиночной углеродной связи вторичной молекулярной единицы.- говорит Дьюб. - Эта одинарная связь сама по себе беспорядочно вращается под влиянием температурных колебаний. Но, благодаря физической связи между ними, однонаправленное движение светодвигателя передается одинарной связи, которая вынуждена вращаться в том же направлении."
Чтобы убедиться, что «моторизованная» связь активно управляет движением одинарной связи, а не просто смещает ее направление вращения, Дьюб и его коллеги добавили в систему тормоз, уменьшающий тепловое движение одинарной связи.. Модификация гарантировала, что двигатель должен будет расходовать энергию, чтобы преодолеть эффект тормоза, чтобы заставить вращаться одинарную связь. «Этот эксперимент позволил нам подтвердить, что мотор действительно определяет скорость вращения одинарной связи - и фактически увеличивает ее на несколько порядков», - объясняет Дьюб.
В совокупности эти результаты дают беспрецедентно подробное представление о режиме работы интегрированной молекулярной машины. Кроме того, экспериментальная установка позволила авторам количественно определить потенциальную энергию, доступную для выполнения полезной работы, что дало первое указание на то, сколько работы может эффективно выполнять один молекулярный двигатель в реальных условиях. «Нашей следующей задачей будет демонстрация того, что энергия, передаваемая в этой системе, действительно может быть использована для выполнения полезной работы на молекулярном уровне», - говорит Дубе.