Framsteg på väg till smarta nanomaskiner:LMU-kemister har modifierat syntesen av en molekylmotor för att minska hastigheten på dess ljusdrivna rotation, vilket gör det möjligt för forskarna att analysera rörelsemekanismen i fullständig detalj.

LMU-kemister ledda av Dr. Henry Dube har utvecklat en ny metod för att syntetisera en nästa generation av molekylära motorer. Med den här metoden kunde vi minska hastigheten på vår molekylära motor tillräckligt mycket för att vi ska kunna följa dess ljusdrivna rotationsrörelse i fullständig detalj, säger Dube, som leder en Emmy Noether Junior Research Group vid Institutionen för kemi vid LMU. Den nya studien visas i tidskriften Angewandte Chemie .

Den nya föreningen, som sin föregångare motormolekyl, som Dube och hans kollegor beskrev i en tidning publicerad i Naturkommunikation under 2015, innehåller en kol-kol dubbelbindning (C=C). När den utsätts för ljus, en del av molekylen roterar enkelriktat kring denna dubbelbindning. Dessutom, till skillnad från de flesta andra syntetiska motormolekyler, som drivs av UV-ljus, Dubes struktur kan sättas i rörelse av synligt ljus – som är mindre energiskt än UV. För att bromsa rotationshastigheten, Dube och hans team utvecklade en ny syntes, vilket ger den önskade strukturen i fem steg. Det nya tillvägagångssättet möjliggör inkorporering av skrymmande substituentgrupper i den slutliga strukturen, som begränsar banan som är öppen till rotorn, effektivt minska dess rörlighet och därmed leda till en lägre total rotationshastighet. Dessa modifieringar gjorde det möjligt för forskarna att observera alla fyra av de förutsagda mellanprodukterna som måste följas i följd i varje rotationscykel, och gjorde det möjligt för dem att bekräfta att motorns rotationssätt verkligen är enkelriktad.

Målet med Henry Dubes forskning är att utveckla de kemiska komponenter som behövs för konstruktionen av så kallade nanomaskiner – molekylära sammansättningar vars rörelser och strukturella tillstånd kan styras av yttre stimuli. Ju högre grad av kontroll som uppnås, desto bredare är utbudet av potentiella applikationer tillgängliga. Möjligheten att minska rotationshastigheten för hemithioindigo-motorn öppnar nu för möjliga tillämpningar inom katalys eller i utvecklingen av smarta material, som kan manipuleras på ett riktat sätt.