Name: Motori molecolari basati su luce sulle superfici per lImaging molecolare singola (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-03-13T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 40 s
Description: Scopri la sintesi e l'ancoraggio di motori molecolari attivati dalla luce su superfici di quarzo per l'imaging a singola molecola. Questo metodo consente di visualizzare la rotazione molecolare in tempo reale.

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Questo lavoro è stato sostenuto finanziariamente da organizzazione olandese per la ricerca scientifica (NWO-CW), il Consiglio europeo della ricerca (ERC; avanzate grant n. 694345 a B.L.F.) e il Ministero della pubblica istruzione, cultura e scienza (gravitazione programma no. 024.001.035).

Nota: Sintesi organica sono il nucleo principale di questo progetto. La figura 1 Mostra i passaggi chiave e come ottenere la molecola bersaglio.
1. preparazione del 1b
Nota: I solventi sono stati acquistati in grado analitico.
<ol><li>
Sintesi del chetone (3) Nota: In un primo momento, un anello di cinque membri chetone 2 con un gruppo di iodo è funzionalizzato perché è più reattivo. Questa reazione avviene in atmosfera di argon.<ol>
<li>In un tubo sigillato (100 mL) contenente 2 (640 mg, 2.3 mmol), CuI (219 mg, 1,1 mmol) e NaI (3,44 g, 23 mmol), aggiungere 1,4-diossano (50 mL) e N, n' '-dimetil etilendiammina (202 mg, 2.3 mmol).</li>
		<li>Impostare la temperatura di reazione a 140 ° C e mescolare per 24 h.</li>
		<li>Raffreddare la miscela a temperatura ambiente (TA), togliere il solvente sotto vuoto e purificare il restante materiale di cromatografia flash: SiO2 (40 g); Eluente: pentano: EtOAc = 10:1 (Totale = 550 mL). Il prodotto deve essere ottenuto come un olio giallo, appiccicoso (642 mg, 91%).</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Sintesi del motore 5 Nota: Utilizzare la reazione di Barton-Kellogg per formare il doppio legame centrale. Questa reazione avviene sotto argon.<ol>
<li>In un pallone a sfondo sferico 50 mL, aggiungere Reagente (415 mg, 1,1 mmol) di Lawesson, chetone 3 (219 mg, 0.68 mmol) e toluene (10 mL).</li>
		<li>Riscaldare la miscela a riflusso per 2 h e successivamente far evaporare il solvente.</li>
		<li>Purificare il residuo di colonna flash: SiO2 (24 g), eluente: acetato di etile: pentano = 30: 1 (Totale = 155 mL) per ottenere il corrispondente thioketone, che è successivamente ridisciolto in 20 mL di THF per produrre una soluzione blu.</li>
		<li>Aggiungere una soluzione THF (20 mL) di diazo composto 4 (476 mg, 1.37 mmol) alla soluzione di blu e agitare la soluzione appena mista a 50 ° C durante la notte. Nota: Questo è il passaggio più importante della intera sintesi. La soluzione diazo residuo e thioketone dovrà essere fresca e dovrebbe essere fatta prima della reazione.</li>
		<li>Far evaporare il solvente e purificare il residuo mediante cromatografia: SiO2 (24 g), eluente: pentano: CH2Cl2 = 10:1 (Totale = 220 mL) a cedere motore 5 (250 mg, 50%) come un solido rosso.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Sintesi del motore 6 Nota: Quando il doppio legame centrale è formato, sostituire il gruppo di iodo di una molecola di acetilene.<ol>
<li>Per un Schlenk tubo da 20 mL, aggiungere 3 (165 mg, 0,26 mmol), Pd (PPh3)2Cl2 (2,5% di talpa), CuI (talpa 5%). Quindi, aggiungere THF (10 mL) e (mi-Pr)2NH (2 mL) che dovrebbe essere fatto gorgogliare con argon per 10 min prima.</li>
		<li>Lavorare l'impasto a temperatura ambiente per 10 min. Quindi, aggiungere triisopropylsilyl acetilene (42 mg, 0.27 mmol).</li>
		<li>Mescolare il composto per 15 h, quindi versarlo in un acquosa satura NH4Cl soluzione (25 mL).</li>
		<li>Estrarre la miscela con CH2Cl2 (3 x 20 mL). Lavare ulteriormente gli strati organici combinati con salamoia satura e asciutto (Na2SO4).</li>
		<li>Togliere il solvente e purificare il residuo di cromatografia flash: SiO2 (12 g), eluente: pentano: CH2Cl2 = 10:1 (220 mL) per produrre 8 come un unguento marrone (171 mg, 99%).</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Sintesi del motore 8 Nota: Questa reazione è effettuata sotto argon.<ol>
<li>Incorpori una miscela di 6 (161 mg, 0,24 mmol), trasposizione pinacolica estere 7 (240 mg, 0.71 mmol), K3PO4 (300 mg, 1.44 mmol) e Pd (PPh3)4 (98 mg, 0.096 mmol) 1, 4dioxane (20 mL) a 90 ° C in un tubo di Schlenk per 16 di 50 mL h.</li>
		<li>Raffreddare la miscela di RT, diluirlo con acetato di etile (30 mL) ed eseguire la filtrazione con un filtro di vetro.</li>
		<li>Rimuovere il solvente. Purificare il residuo da cromatografia a colonna flash: SiO2 (12 g), eluente: pentano: CH2Cl2= 1:6 (Totale = 122 mL) per produrre estere 8 come un unguento marrone (156 mg, 56%).</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Sintesi del motore 9
	<ol>
<li>Aggiungere TBAF (0,1 mL) ad una soluzione di 8 (120 mg, 0,13 mmol) in THF (10 mL) in 20 mL di Schlenk tubo a 0 ° C.</li>
		<li>Mescolare il composto a 0 ° C per 1 h, quindi versarlo in un acquosa satura NH4Cl soluzione (20 mL).</li>
		<li>Dopo l'estrazione con CHCl3 (3 x 10 mL), lavare gli strati organici combinati con salamoia satura e asciutto (Na2SO4).</li>
		<li>Togliere il solvente e purificare il residuo di cromatografia flash: SiO2 (12 g), eluente: acetato di etile: pentano = 1:3 (124 mL) per produrre 9 come un olio rosso scuro (116 mg, 95%).</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Sintesi del motore 12 Nota: Questa reazione è effettuata sotto argon.<ol>
<li>Per un Schlenk tubo da 20 mL, aggiungere motore 9 (75 mg, 0,10 mmol), PBI 11 (68 mg, 0,10 mmol) Pd (PPh3)2Cl2 (2,5% in moli), CuI (5 mol %). Quindi, aggiungere THF (10 mL) e (mi-Pr)2NH (2 mL) che dovrebbe essere fatto gorgogliare con argon per 10 min prima.</li>
		<li>Mescolare il composto durante la notte e versarlo in un acquosa satura NH4Cl soluzione.</li>
		<li>Dopo l'estrazione con CHCl3 (3 x 20 mL), lavare gli strati organici combinati con salamoia satura e asciutto (Na2SO4).</li>
		<li>Togliere il solvente e purificare il residuo di cromatografia flash: SiO2 (12 g), eluente: CHCl3 (100 mL) per fornire motore 12 come un solido rosso scuro (66 mg, 57%).</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Sintesi del motore 1b Nota: Quando si ottiene il composto estere, idrolizzano per rendere la molecola bersaglio finale.<ol>
<li>Sciogliere l' estere 12 (90 mg, 0.038 mmol) in THF (5 mL), MeOH (5 mL) e NaOH(AQ) (1, 5ml) in un pallone da 50 mL e riscaldare la miscela a 75 ° C per 16 h.</li>
		<li>Raffreddare la miscela a RT e aggiungere 5 mL di acqua. Rimuovere il THF e MeOH per evaporazione rotante.</li>
		<li>Titolare la miscela con l'HCl(AQ) (1 M) fino a raggiungere un pH di 1 per formare un precipitato marrone. La miscela del filtrato e il solido marrone con acqua fredda (10 mL) di lavare ed asciugare sotto vuoto. Questo solido marrone è la molecola bersaglio 1b (55 mg, 85%).</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. preparazione del motore funzionalizzati monostrato MS-1b
<ol><li>Diapositive di quarzo per pulire immergendole in una soluzione piranha (rapporto 3:7, 30% H2O2 , H2SO4) a 90 ° C per 1 h. Risciacquare abbondantemente con acqua bidistillata 3 x, poi sciacquare con MeOH. Asciugare i vetrini sotto un flusso di N2 prima modificazione superficiale.</li>
	<li>Silanizzare il quarzo piranha-puliti diapositive mediante immersione in una soluzione di 1 mM di metilsilano 3-amminopropil (dietossi) in toluene distillata a temperatura ambiente per 12 h. Risciacquare abbondantemente con toluene e MeOH.</li>
	<li>Sottoporre ad ultrasuoni il quarzo prima in toluene, poi in MeOH e asciugarli sotto un flusso di argon.</li>
	<li>Immergere i vetrini rivestite con ammina in soluzione DMF di 1b (10-4 M) a temperatura ambiente per 12 h.</li>
	<li>Lavare i vetrini con DMF, acqua e MeOH, poi asciugare sotto un flusso di argon. Dopo l'essiccazione, le diapositive sono pronte all'uso.</li>
</ol>

<ol><li>Berg, J. M., Tynoczko, J. L., Styer, L. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBerg%2C+JM+%22Biochemistry+5th+ed%22">Biochemistry 5th ed</a>. , W.H. Freeman. New York. (2006).</li>
<li>Erbas-Cakmak, S., Leigh, D. A., McTernan, C. T., Nussbaumer, A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Artificial+Molecular+Machines%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Reviews%22%5BJournal%5D)">Artificial Molecular Machines.</a> Chemical Reviews. 115, 10081-10206 (2015).</li>
<li>Feringa, B. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Art+of+Building+Small%3A+From+Molecular+Switches+to+Motors%5BTitle%5D)+AND+%22Angewandte+Chemie%3A+International+Edition%22%5BJournal%5D)">The Art of Building Small: From Molecular Switches to Motors.</a> Angewandte Chemie: International Edition. 56, 11059-11078 (2017).</li>
<li>Stoddart, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular+Machines%5BTitle%5D)+AND+%22Accounts+of+Chemical+Research%22%5BJournal%5D)">Molecular Machines.</a> Accounts of Chemical Research. 34, 410-411 (2001).</li>
<li>Kinbara, K., Aida, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Toward+Intelligent+Molecular+Machines%3A+Directed+Motions+of+Biological+and+Artificial+Molecules+and+Assemblies%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Reviews%22%5BJournal%5D)">Toward Intelligent Molecular Machines: Directed Motions of Biological and Artificial Molecules and Assemblies.</a> Chemical Reviews. 105, 1377-1400 (2005).</li>
<li>Kay, E. R., Leigh, D. A., Zerbetto, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthetic+Molecular+Motors+and+Mechanical+Machines%5BTitle%5D)+AND+%22Angewandte+Chemie%3A+International+Edition%22%5BJournal%5D)">Synthetic Molecular Motors and Mechanical Machines.</a> Angewandte Chemie: International Edition. 46, 72-191 (2007).</li>
<li>Kottas, G. S., Clarke, I. L., Horinek, D., Michl, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Artificial+Molecular+Rotors%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Reviews%22%5BJournal%5D)">Artificial Molecular Rotors.</a> Chemical Reviews. 105, 1281-1376 (2005).</li>
<li>Watson, M. A., Cockroft, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Man-made+Molecular+Machines%3A+Membrane+Bound%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Society+Reviews%22%5BJournal%5D)">Man-made Molecular Machines: Membrane Bound.</a> Chemical Society Reviews. 45, 6118-6129 (2016).</li>
<li>Kassem, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Artificial+Molecular+Motors%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Society+Reviews%22%5BJournal%5D)">Artificial Molecular Motors.</a> Chemical Society Reviews. 46, 2592-2621 (2017).</li>
<li>Sauvage, J. P. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSauvage%2C+JP+%22Molecular+Machines+and+Motors%22">Molecular Machines and Motors</a>. , Springer. Berlin. (2001).</li>
<li>van Delden, R. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Unidirectional+molecular+motor+on+a+gold+surface%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Unidirectional molecular motor on a gold surface.</a> Nature. 437, 1337-1340 (2005).</li>
<li>Noji, H., Yasuda, R., Yoshida, M., Kinosita, K. Jr <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+observation+of+the+rotation+of+F1-ATPase%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Direct observation of the rotation of F1-ATPase.</a> Nature. 386, 299-302 (1997).</li>
<li>Hutchison, J. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+surface-bound+molecule+that+undergoes+optically+biased+Brownian+rotation%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">A surface-bound molecule that undergoes optically biased Brownian rotation.</a> Nature Nanotechnology. 9, 131-136 (2014).</li>
<li>Krajnik, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Defocused+Imaging+of+UV-Driven+Surface-Bound+Molecular+Motors%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Defocused Imaging of UV-Driven Surface-Bound Molecular Motors.</a> Journal of the American Chemical Society. 139, 7156-7159 (2017).</li>
</ol>

Gli autori non hanno nulla a rivelare.

Questo progetto coinvolge una notevole quantità di lavoro di sintesi; di conseguenza, la fase più critica è sintesi organica verso la molecola finale. Tra la sintesi totale, la reazione di Barton-Kellogg è il passo fondamentale, poiché è la reazione in cui si forma il doppio legame centrale del motore molecolare. Attualmente, sono stati utilizzati diversi metodi per formare questi tipi di strutture. Qui, viene usato l'innesto diazo-thioketone, e la metà superiore e inferiore è stata preparata come i composti diazoici e thioketone, rispettivamente. Thioketone e composti diazoici non sono solitamente stabile in aria; di conseguenza, la reazione richiede esercizio veloce sotto un atmosfera inerte strettamente.
I metodi esistenti per confinare motori molecolari sulle superfici si basano principalmente su sistemi bipodal. Tuttavia, i processi di isomerizzazione di motori bipodal precedentemente progettati sono stati ostruiti a causa di interazioni intermolecolari. Inoltre, alcuni degli esempi bipodal richiede ulteriore attivazione prima del fissaggio. Il metodo corrente esegue questa operazione in modo tetrapodal, che fornisce robusto fissaggio del motore su superfici con sufficiente spazio isolato.
Una limitazione di questo metodo è la scelta del tag fluorescente. Sono ammessi solo coloranti con lunghezze d'onda specifiche, come la rotazione del motore è innescata dalla lunghezza d'onda di 365 nm e pertanto non deve essere sovrapposti. Inoltre, il percorso sintetico impiegato nel protocollo descritto verso la molecola bersaglio richiede diversi passaggi in cui condizioni difficili sono necessari per il completamento della reazione. In futuro, una più facile design sintetica è probabilmente necessario se una molecola più avanzata per l'imaging molecolare singola è necessaria.
In conclusione, la progettazione e la sintesi di un motore molecolare basata su luce altamente funzionalizzato è descritto per la prima volta. Alcuni dettagli dello sforzo sintetico sono discussi, come bene. Inoltre, vengono illustrati metodi di innestare il motore su una superficie di scivolo di quarzo, e il campione possa essere ulteriormente testato per la visualizzazione del singolo movimento molecolare14.

Negli organismi viventi, ci sono abbondanti motori molecolari funzionamento per sostenere la vita quotidiana. Essi sono in grado di eseguire varie attività come la produzione di carburante, trasporti, mobilità, ecc.1. Attingendo l'ispirazione di questi affascinanti esempi in natura, gli scienziati hanno sviluppato una serie di motori molecolari artificiali negli ultimi decenni diversi per convertire diversi tipi di energia in movimento controllato al livello molecolare2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10. il premio Nobel per la chimica nel 2016 è stato assegnato a tre pionieri in questo campo. Ben Feringa, uno dei vincitori, ha sviluppato il motore molecolare basati sulla luce che è in grado di subire il moto rotatorio unidirezionale continuo.
Tuttavia, a livello molecolare, moto browniano, noto anche come il movimento casuale a causa di collisioni molecolari e vibrazioni, è solitamente il principale ostacolo per l'ulteriore applicazione di questi motori molecolari. Moto browniano può interrompere qualsiasi movimento diretto. Confinare i motori molecolari sulle superfici può essere una delle opzioni per superare questo problema. Così facendo, la rotazione relativa di una parte della molecola rispetto a altro viene convertita la rotazione assoluta del rotore rispetto la superficie11. Inoltre, uso della singola tecnica di imaging molecolare può aiutare a visualizzare il movimento. Di conseguenza, i risultati ottenuti da questo lavoro contribuirà a una visione più sintetico motore molecolare.
Il pionieristico lavoro di Yoshida e Kinosita (Figura 2a)12,13 ha servito come ispirazione per il design nel lavoro corrente, mostrato nella Figura 2b. La metà inferiore di un motore molecolare basata su luce è associata a un'area per servire come lo statore. La parte del rotore è funzionalizzata con un braccio rigido e un'etichetta fluorescente. Quando si applicano due lunghezze d'onda differenti irradiazione al sistema, uno si innescherà la rotazione del motore, mentre l'altro ecciterà il tag fluorescente. In linea di principio, il moto rotatorio della parte rotore innesca la rotazione del gruppo fluorescente. Di conseguenza, la rotazione del tag fluorescente può essere seguita da microscopia di fluorescenza grandangolari sfocati. Questo metodo fornisce, per la prima volta, un metodo per convertire la rotazione relativa di un motore molecolare in rotazione assoluta e quindi un modo per visualizzare la rotazione di un motore sintetico.
Questo articolo fornisce dettagli sulla progettazione, la sintesi totale e la soluzione studi di isomerizzazione di un motore molecolare che è utilizzato per l'imaging molecolare singola. La struttura molecolare è illustrata nella Figura 3. Inoltre, il metodo per collegare motori molecolari sulla superficie del quarzo è descritto.

<table><tbody><tr><td>Spettrometro NMR</td><td>Varian</td><td>AMX400</td><td>per lo studio del nmr dei protoni</td></tr><tr><td>Reagente per reazioni organiche</td> Reagente <td>di grado analitico</td><td>Sigma</td><td>per reazioni organiche</td></tr><tr><td>Gel di silice</td><td>Cromatografia flash ASTM Merck</td><td>230-400 mesh</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Grado</td> spettrofotometrico <td>Solvent Acros</td><td>&nbsp;</td><td>Cromatografia flash&nbsp;</td></tr><tr><td>Lampada UV</td><td>ENB</td><td>280C</td><td>per</td></tr><tr><td>spettrofotometro ad assorbimento UV-vis</td> per irraggiamento UV-vis <td>JASCO</td><td>V-630&nbsp;</td><td>Misurazione UV-vis</td></tr></tbody></table>

motori molecolari basati su luce sulle superfici per l'imaging molecolare singola

Light-driven Molecular Motors on Surfaces for Single Molecular Imaging

La progettazione e la sintesi di un sistema sintetico che si propone per la visualizzazione diretta di un motore rotativo sintetica a livello di singola molecola sulle superfici sono dimostrati. Questo lavoro richiede un'attenta progettazione, notevole sforzo sintetico e un'adeguata analisi. Il movimento rotatorio del motore molecolare in soluzione è mostrato da 1H NMR e tecniche di spettroscopia di assorbimento UV-vis. Inoltre, il metodo di innestare il motore su un quarzo rivestite con ammina è descritto. Questo metodo aiuta a comprendere più di macchine molecolari.

Irradiazione del motore molecolare viene eseguita con luce UV (λmax = 365 nm). Al momento di irradiazione, si verifica un'isomerizzazione di E-Z foto-indotto intorno al doppio legame centrale. Durante questo processo, la molecola si trasforma da una stalla a un isomero instabile. Un punto di inversione di elica termicamente attivato quindi segue per rilasciare il ceppo della molecola intera. In questo modo lo stato stabile originale. 1 La spettroscopia NMR H quindi è impiegata per valutare il processo rotativo (Figura 4a). Una soluzione del campione viene preparata in un tubo NMR, quindi una lampada di luce UV (λmax = 365 nm) è situato vicino al tubo. Dopo 2 h di irradiazione, distinti cambiamenti possono essere trovati nello spettro 1H NMR 1. Questi cambiamenti indicano la generazione di un isomero di nuovo che è considerato instabile-1b (Figura 4b). Si è visto nella spettroscopia NMR H 1che Hun sposta da 2,9 ppm (doppietto) a 3,3 ppm (doppio doppietto). Il segnale a 1,4 ppm può essere assegnato come l'assorbimento del gruppo metilico e downfield sposta da ppm 1,4 a 1,6 ppm. Quando il campione è mantenuto durante la notte a temperatura ambiente al buio, lo spettro originale può essere recuperato (Figura 4a). Indica il processo dell'inversione termica elica che converte instabile-1b in stabile-1b.
Al fine di studiare il moto di rotazione del motore 1b su superfici, gli assembly motori collegata alla superficie MS-1b (MS = motore sulle superfici) sono preparati. Le diapositive di quarzo sono in primo luogo funzionalizzate con ammina. Dopo questo passaggio, il quarzo è immersa in una soluzione DMF (10-4 M) di 1b a RT durante la notte. Il quarzo risultante viene risciacquato con DMF, acqua e MeOH. I vetrini preparati al quarzo sono quindi presentati per gli studi di UV/vis. Uno spettro di assorbimento UV/vis di MS-1b (linea continua) è mostrato in Figura 5b. Come si vede nello spettro, la banda di assorbimento maggiore e il profilo di assorbimento sono simile a quello osservato in soluzione (Figura 5a). Essa mostra anche gli assorbimenti caratteristici per il motore (420 nm) e PBI (456 nm, 490 nm, 524 nm). Questi picchi suggeriscono l'allegato successo del motore 1b per le superfici rivestite con ammina. Inoltre, la diapositiva di quarzo è irradiata per 15 min e cambiamenti spettrali sono osservati simile a quella della soluzione, che indica la generazione del MS-1b instabile.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58750/58750fig1.jpg"> Figura 1 : Schema sintetico all'elaborazione della destinazione molecola 1b. Lo schema mostra i reagenti, solventi e condizioni di reazione che vengono utilizzate in ogni passaggio.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58750/58750fig2.jpg"> Figura 2 : (un) illustrazione schematica della struttura del F0F1-ATPasi innestata su una superficie per la visualizzazione di rotazione unidirezionale (riprodotto con l'autorizzazione12). (b) la progettazione concettuale di un limite di superficie sintetica luce-driven motore molecolare per l'imaging di singola molecola.
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58750/58750fig3.jpg"> Figura 3 : Struttura di una superficie con associazione molecolare motore 1b, portante un lungo braccio rigido tra il nucleo e l'etichetta PBI. 
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58750/58750fig4.jpg"> Figura 4 : Alifatici regione della 1 Spettri di H-NMR del motore 1b (CD2Cl2, -20 ° C, c = 10-3 M) (un) stabile-1b, prima di irradiazione (365 nm). (b) stato stazionario foto miscela dopo irradiazione. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58750/58750fig4large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58750/58750fig5v2.jpg"> Figura 5 : Spettri di assorbimento UV/vis. Spettri di assorbimento UV/vis di (un) motore 1b (CH2Cl2, 0 ° C), stabile isomero (linea continua) e instabile isomero (linea tratteggiata) al PSS. (b) MS-1b (quarzo, 4 ° C) prima (linea continua) e dopo irradiazione (linea tratteggiata).

Il manoscritto descrive come sintetizzare e innestare un motore molecolare sulle superfici per l'imaging molecolare singola.

Motori molecolari basati su luce sulle superfici per l'Imaging molecolare singola

The design and synthesis of a synthetic system that aims for the direct visualization of a synthetic rotary motor at the single molecule level on surfaces ...

Questo protocollo fornisce un primo esempio di visualizzazione della rotazione di un motore molecolare guidato dalla luce prodotto dall'uomo a un singolo livello molecolare. La tecnica sintetica qui utilizzata è progettata per consentire la sintesi di una macchina molecolare complessa con diversi gruppi funzionali. In primo luogo, sotto un'atmosfera di argon, posizionare 640 milligrammi del composto precursore del rotore due, 219 milligrammi di ioduro di rame e 3,44 grammi di ioduro di sodio in un tubo Schlenk da 100 millilitri dotato di una barra di agitazione.Collegare il tubo sigillato a una linea Schlenk e aggiungere 50 millilitri da 1, 4-diossano e 263 milligrammi di trans-1, 2-diaminocicloesano. Mescolare la miscela a 140 gradi Celsius per 24 ore per scambiare il sostituto del bromo con iodio. Quindi, lasciare raffreddare la miscela a temperatura ambiente ed evaporare il solvente sotto vuoto.Purificare il composto mediante cromatografia flash in gel di silice e rimuovere i volatili per ottenere il composto composto sostituito dallo iodio tre come olio giallo appiccicoso. Quindi, posizionare 415 milligrammi del reagente di Lawesson e 219 milligrammi di composto tre in un pallone Schlenk dotato di una barra di agitazione. Collegare il pallone a una linea Schlenk tramite un condensatore ed epurarlo con argon tre volte.Aggiungere 10 millilitri di toluene e reflusso la miscela per due ore per convertire il composto tre in tiochetone. Evaporare il solvente e purificare il tiochetone mediante cromatografia flash. Rimuovere i volatili dalla frazione pura e sciogliere il tiochetone isolato in 20 millilitri di tetraidrofurano.Successivamente, sciogliere 476 milligrammi di composto appena preparato 4, che è il precursore dello statore diazo, in altri 20 millilitri di THF. Aggiungere la soluzione di composto 4 alla soluzione di tiochetone e reflusso la miscela sotto argon per 16 ore mescolando per formare il doppio legame tra il rotore e lo statore. Evaporare il solvente in eccesso, purificare il prodotto grezzo mediante cromatografia flash e rimuovere i volatili per ottenere il composto motorio 5 come solido rosso.Aggiungere quindi 165 milligrammi di cloruro di palladio motore 5, 4,56 milligrammi di cloruro di palladio bis(tripfenilfosfina) e 2,48 milligrammi di ioduro di rame a un tubo Schlenk da 20 milliliter dotato di barra di agitazione. Sigillare il tubo e collegarlo a una linea Schlenk. Unire 10 millilitri di THF e due millilitri di diisopropilammina e argon bolle attraverso la miscela per 10 minuti.Quindi, trasferire la miscela sul tubo di Schlenk e mescolare la miscela di reazione sotto argon a temperatura ambiente per 10 minuti. Aggiungere 42 milligrammi di acetilene triisopropilsilile e continuare a mescolare per 15-16 ore per sostituire lo iodio con acetilene TIPS. Quindi, versare la miscela di prodotto in 25 millilitri di cloruro di ammonio acquoso saturo.Estrarre il prodotto in tre porzioni da 20 millilitri di diclorometano e lavare gli strati organici combinati una volta con 50 millilitri di salamoia satura. Asciugare gli strati organici lavati sul solfato di sodio. Filtrare l'essiccante e rimuovere il solvente in eccesso.Purificare il residuo mediante cromatografia flash e rimuovere i volatili sotto vuoto per ottenere il motore sei come olio marrone. In un pallone da 50 millilitri dotato di barra di agitazione, unire 90 milligrammi del motore etichettato PBI 12, cinque millilitri di THF, cinque millilitri di metanolo e cinque millilitri di idrossido di sodio acquoso un molare. Mescolare la miscela a 70 gradi Celsius per sei ore per idrolizzare gli esteri sullo statore.Quindi, raffreddare la miscela a temperatura ambiente durante l'agitazione. Aggiungere cinque millilitri di acqua doppiamente distillata e rimuovere i solventi volatili per evaporazione rotativa. Aggiungere acido idraulico un molare acquoso fino a quando la miscela raggiunge il pH uno, a quel punto il motore 1b precipiterà dalla soluzione come solido marrone.Recuperare il solido per filtrazione, lavarlo con 10 millilitri di acqua fredda e asciugarlo sotto vuoto. Successivamente, immergere gli scivoli di quarzo nella soluzione di piranha a 90 gradi Celsius per un'ora. Risciacquare gli scivoli con cinque millilitri di acqua doppiamente distillata tre volte e con metanolo una volta.Asciugare gli scivoli con gas azoto. Quindi, preparare una soluzione un millimolare di 3-amminopropil (dietossi)metilsilano in toluene appena distillato. Immergere gli scivoli in questa soluzione per 12 ore a temperatura ambiente e quindi risciacquare le diapositive silanizzate con cinque millilitri ciascuno di toluene e metanolo.Immergere le diapositive in toluene e metanolo in sequenza per due minuti ciascuna, quindi asciugarle sotto un flusso di gas argon. Successivamente, preparare cinque millilitri di una soluzione 0,1 millimolare di motore 1b in dimetilformamide per ogni diapositiva. Immergere gli scivoli nella soluzione 1b a temperatura ambiente per 12 ore per funzionalizzare le superfici al quarzo con un monostrato di 1b.Lavare gli scivoli funzionalizzati con DMF, acqua e metanolo in sequenza. Asciugare gli scivoli con gas argon e conservarli in un contenitore sigillato sotto argon. Il motore molecolare 1b è stato sintetizzato in resa moderata, con un braccio tetramero rigido di fenil-etinylene che collega il nucleo del rotore all'etichetta fluorescente.Lo spettro NMR protonico non ha mostrato un significativo accoppiamento vicinole tra Ha e Hc, che è coerente con Ha e Hc entrambi in orientamenti pseudoequatoriali. L'accoppiamento equatoriale assiale è stato osservato tra Hb e Hc.Irradiazione con isomerizzazione indotta dalla luce di 365 nanometri attorno al doppio legame centrale con questo isomero instabile. Lo spostamento verso il basso del segnale metile e lo sviluppo dell'accoppiamento vicinole tra Ha e Hc indicavano entrambi che il gruppo metile era pseudoequatoriale.Quando il composto è stato tenuto al buio a temperatura ambiente, l'inversione termica dell'elica ha rilasciato il ceppo sulla molecola con il naftalene che scivolava oltre il fluorene. Questo ha restituito la molecola alla sua configurazione originale a causa dello statore simmetrico del fluorene. La spettroscopia UV/vis degli isomeri stabili e instabili ha mostrato modeste differenze nelle regioni di assorbimento caratteristiche per il braccio rigido e l'etichetta fluorescente.Il successo dell'assemblaggio di un monostrato di motore 1b al quarzo è stato confermato dalla spettroscopia UV/vis. Il monostrato ha richiesto solo 15 minuti di irradiazione per raggiungere l'isomero instabile allo stato foto stazionario. È importante assicurarsi che i composti diazo e tiochetone siano appena realizzati per garantire la sintesi di successo del motore 5.Il campo di ricerca delle macchine molecolari può beneficiare di questo metodo, in quanto fornisce un'importante linea guida per progettare, sintetizzare e visualizzare macchine molecolari complesse. La soluzione piranha viene utilizzata per pulire le diapositive. Questa soluzione è altamente acida e deve essere utilizzata con cautela.

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