Name: Motores moleculares orientado a luz em superfícies para única imagem Molecular (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-03-13T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 40 s
Description: Aprenda a sintetizar e enxertar motores moleculares acionados por luz em superfícies de quartzo para imagem de molécula única. Este método permite visualizar a rotação molecular em nível individual.

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Este trabalho foi apoiado financeiramente pela organização do Países Baixos para investigação científica (NWO-CW), o Conselho Europeu de investigação (ERC; concessão avançado n º 694345 de B.L.F.) e o Ministério da educação, cultura e ciência (gravitação programa n. 024.001.035).

Nota: A síntese orgânica é o núcleo principal deste projeto. A Figura 1 mostra as principais etapas e como obter a molécula alvo.
1. preparação de 1b
Nota: Os solventes foram comprados em qualidade analítica.
<ol><li>
Síntese da cetona (3) Nota: Em primeiro lugar, um anel de cinco membros cetona 2 com um grupo de iodo é acrescida porque é mais reativo. Esta reação é realizada sob atmosfera de argônio.<ol>
<li>Em um tubo fechado (100 mL) contendo 2 (640 mg, 2,3 mmol), CuI (219 mg, 1,1 mmol) e NaI (3,44 g, 23 mmol), adicionam 1,4-dioxano (50 mL) e N, N'-dimetil etilenodiamina (202 mg, 2,3 mmol).</li>
		<li>Definir a temperatura de reação a 140 ° C e agitar durante 24 h.</li>
		<li>Arrefecer a mistura à temperatura ambiente (RT), remover o solvente sob vácuo e purificar o material restante por cromatografia flash: SiO2 (40 g); Eluente: pentano: AcOEt = 10:1 (total = 550 mL). O produto deve ser obtido um óleo amarelo, pegajoso (642 mg, 91%).</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Síntese do motor 5 Nota: Use a reação de Barton-Kellogg para formar a ligação dupla central. Esta reação é realizada sob argônio.<ol>
<li>Em um balão de fundo redondo de 50 mL, adicione do Lawesson reagente (415 mg, 1,1 mmol), cetona 3 (219 mg, 0,68 mmol) e tolueno (10 mL).</li>
		<li>Aqueça a mistura no refluxo durante 2 h e posteriormente evaporar o solvente.</li>
		<li>Purificar o resíduo por coluna flash: SiO2 (24 g), eluente: acetato de etila: pentano = 30: 1 (total = 155 mL) para obter o thioketone correspondente, que é posteriormente evapora em 20 mL de THF para produzir uma solução azul.</li>
		<li>Adicionar uma solução THF (20 mL) de compostos diazo 4 (476 mg, 1,37 mmol) para a solução de azul e misture a solução recém misturada a 50 ° C durante a noite. Nota: Esta é a etapa mais crucial da síntese toda. A solução de composto e thioketone diazo deve ser fresca e deve ser feita antes da reação.</li>
		<li>Evaporar o solvente e purificar o resíduo por cromatografia: SiO2 (24 g), eluente: pentano: CH2Cl2 = 10:1 (total = 220 mL) para produzir motor 5 (250 mg, 50%) como um sólido vermelho.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Síntese do motor 6 Nota: Quando a ligação dupla central é formada, substitua o grupo de iodo por um grupo de acetileno.<ol>
<li>A um tubo de Schlenk de 20 mL, adicionar 3 (165 mg, 0,26 mmol), Pd (PPh3)2Cl2 (2,5% de toupeira), CuI (toupeira 5%). Em seguida, adicione o THF (10 mL) e (eu-Pr)2NH (2 mL) que deve ser borbulhava com argônio por 10 min antes.</li>
		<li>Agite a mistura em RT por 10 min. Em seguida, adicione o triisopropylsilyl acetileno (42 mg, 0,27 mmol).</li>
		<li>Agitar a mistura por 15 h e, em seguida, despeje em uma aquosa saturada NH4Cl solução (25 mL).</li>
		<li>Extraia a mistura com CH2Cl2 (3 x 20 mL). Ainda mais, lave as camadas orgânicas combinadas com salmoura saturada e seco (Na2SO4).</li>
		<li>Remover o solvente e purificar o resíduo por cromatografia flash: SiO2 (12 g), eluente: pentano: CH2Cl2 = 10:1 (220ml) para render 8 como um óleo marrom (171 mg, 99%).</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Síntese do motor 8 Nota: Esta reação é realizada sob argônio.<ol>
<li>Misture uma mistura de 6 (161 mg, 0,24 mmol), pinacol éster 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, em um tubo de Schlenk para 16 de 50 mL h.</li>
		<li>Arrefecer a mistura de RT, dilui-lo com acetato de etila (30 mL) e executar a filtragem com um filtro de vidro.</li>
		<li>Remova o solvente. Purificar o resíduo por cromatografia em coluna flash: SiO2 (12 g), eluente: pentano: CH2Cl2= 1:6 (total = 122 mL) para produzir éster 8 como um óleo marrom (156 mg, 56%).</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Síntese do motor 9
	<ol>
<li>Adicionar TBAF (0,1 mL) para uma solução de 8 (120 mg, 0,13 mmol) em THF (10 mL) em um 20 mL tubo Schlenk a 0 ° C.</li>
		<li>Agitar a mistura a 0 ° C, durante 1 h e, em seguida, despeje em uma aquosa saturada NH4Cl solução (20 mL).</li>
		<li>Após a extração com CHCl3 (3 x 10 mL), lave as camadas orgânicas combinadas com salmoura saturada e seco (Na2SO4).</li>
		<li>Remover o solvente e purificar o resíduo por cromatografia flash: SiO2 (12 g), eluente: acetato de etila: pentano = 1:3 (124 mL) para produzir 9 como um óleo vermelho escuro (116 mg, 95%).</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Síntese do motor 12 Nota: Esta reação é realizada sob argônio.<ol>
<li>A um tubo de Schlenk de 20 mL, adicionar motor 9 (75 mg de 0,10 mmol), PBI 11 (68 mg, 0.10 mmol) Pd (PPh3)2Cl2 (2,5 mol %), CuI (5 mol %). Em seguida, adicione o THF (10 mL) e (eu-Pr)2NH (2 mL) que deve ser borbulhava com argônio por 10 min antes.</li>
		<li>Agitar a mistura durante a noite e derramá-lo em um aquosa saturada NH4Cl solução.</li>
		<li>Após a extração com CHCl3 (3 x 20 mL), lave as camadas orgânicas combinadas com salmoura saturada e seco (Na2SO4).</li>
		<li>Remover o solvente e purificar o resíduo por cromatografia flash: SiO2 (12 g), eluente: CHCl3 (100 mL) para produzir motor 12 como um vermelho escuro sólido (66 mg, 57%).</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Síntese de motor 1b Nota: Quando o composto de éster é obtido, hidrolise para fazer a molécula alvo final.<ol>
<li>Dissolver o éster 12 (90 mg, 0,038 mmol) em THF (5 mL) e MeOH (5 mL) de NaOH(AQ.) (1 M, 5 mL) em um balão de 50 mL e aquecer a mistura de 75 ° C durante 16 h.</li>
		<li>Arrefecer a mistura para RT e adicionar 5 mL de água. Remova o THF e MeOH por evaporação rotativa.</li>
		<li>Titule a mistura com HCl(AQ.) (1 M) até alcançar um pH de 1 para formar um precipitado marrom. Filtrar a mistura e lave o sólido marrom com água fria (10 mL) e seco sob vácuo. Este sólido marrom é a molécula alvo 1b (55 mg, 85%).</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. preparação do motor monocamada funcionalizada MS-1b
<ol><li>Limpar os slides de quartzo imergindo-os em uma solução de piranha (3:7 proporção de 30% H2O2 H2SO4) a 90 ° C, durante 1 h. enxaguar abundantemente com água bidestilada 3 x, em seguida enxaguar com MeOH. Seca as lâminas sob um fluxo de N2 antes da modificação da superfície.</li>
	<li>Silanize o quartzo limpo piranha desliza por imersão numa solução de 1 mM de metilsilano 3-aminopropil (diethoxy) em tolueno recentemente destilado em RT para 12 h. enxaguar abundantemente com tolueno e MeOH.</li>
	<li>Proceda à sonicação o quartzo primeiro em tolueno, então em MeOH e secá-los sob um fluxo de argônio.</li>
	<li>Mergulhe os slides amina-revestido em solução DMF de 1b (10-4 M) no RT para 12h.</li>
	<li>Lave os slides com DMF, água e MeOH e, em seguida, seque-os sob um fluxo de argônio. Após a secagem, os slides estão prontos para 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>

Os autores não têm nada para divulgar.

Este projecto envolve uma quantidade significativa de trabalho sintético; Portanto, o passo mais crítico é a síntese orgânica para a molécula final. Entre a síntese total, a reação de Barton-Kellogg é o passo chave, uma vez que é a reação em que a ligação dupla central do motor molecular é formada. Atualmente, vários métodos têm sido usados para formar esses tipos de estruturas. Aqui, acoplamento diazoico-thioketone é usado, e as metades superiores e inferiores foram preparadas como os compostos diazo e thioketone, respectivamente. Thioketone e compostos diazo geralmente não são estáveis sob ar; Portanto, a reação requer rápido operando sob uma atmosfera inerte estritamente.
Os métodos existentes para confinar motores moleculares nas superfícies baseiam-se principalmente em sistemas bipodais. No entanto, os processos de isomerização de motores bipodais projetados anteriormente foram obstruídos devido às interações intermoleculares. Além disso, alguns dos exemplos bipodais requer mais ativação antes da penhora. O método atual é feito de forma tetrapodal, que é robusto do motor em superfícies com suficiente espaço isolado.
Uma limitação deste método é a escolha da etiqueta fluorescente. São permitidos apenas corantes com comprimentos de onda específicos, como a rotação do motor é acionada pelo comprimento de onda nm 365 e, portanto, não deve ser sobreposta. Além disso, a rota sintética utilizada no protocolo descrito em direção a molécula alvo requer várias etapas em que condições adversas são necessários para a conclusão da reação. No futuro, um projeto sintético mais fácil provavelmente é necessário se uma molécula mais avançada para a imagem latente molecular única é necessária.
Em conclusão, o projeto e a síntese de um motor molecular altamente funcionalizado orientado a luz é descrita pela primeira vez. Alguns detalhes do esforço sintético são discutidos, também. Além disso, métodos para enxertar o motor em uma superfície de slide de quartzo são demonstrados, e a amostra pode ser ainda mais testada para visualização do movimento molecular único14.

Em organismos vivos, há abundantes motores moleculares funcionamento para sustentar a vida diária. Eles são capazes de executar várias tarefas tais como a produção de combustível, transporte, mobilidade, etc.1. Desenho da inspiração desses fascinantes exemplos na natureza, os cientistas desenvolveram uma série de motores moleculares artificiais ao longo das últimas décadas para converter diferentes tipos de energia em movimento controlado no nível molecular2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10. o prêmio Nobel de química em 2016 foi atribuído a três pioneiros neste campo. Ben Feringa, dentre os laureados, desenvolveu o motor molecular orientado a luz que é capaz de submeter-se contínuo movimento giratório unidirecional.
No entanto, em um nível molecular, movimento Browniano, também conhecido como o movimento aleatório devido a colisões moleculares e vibrações, é geralmente o principal obstáculo para aplicação destes motores moleculares. Movimento browniano pode interromper qualquer movimento direcionado. Confinar os motores moleculares em superfícies pode ser uma das opções para superar esse problema. Ao fazer isso, a rotação relativa de uma parte da molécula em relação a outra é convertida à rotação do rotor em relação a superfície11absoluta. Além disso, uso da técnica de imagem molecular único pode ajudar a visualizar o movimento. Portanto, os resultados obtidos por este trabalho vão ajudar a obter mais conhecimento sobre o motor molecular sintético.
O pioneiro trabalho de Yoshida e Kinosita (Figura 2a)12,13 tem servido como inspiração para o design no trabalho atual, mostrado na Figura 2b. A metade inferior de um motor molecular orientado a luz é anexada a uma superfície para servir como o estator. A parte do rotor é acrescida com um braço rígido e etiqueta fluorescente. Ao aplicar dois comprimentos de onda diferentes de irradiação para o sistema, um irá acionar a rotação do motor, enquanto o outro vai animar a tag fluorescente. Em princípio, o movimento giratório da parte do rotor provoca a rotação do grupo fluorescente. Portanto, a rotação da marca fluorescente pode ser seguida por microscopia de fluorescência de campo amplo desfocado. Este método oferece, pela primeira vez, um método para converter a rotação relativa de um motor molecular em rotação absoluta e, portanto, uma maneira de visualizar a rotação de um motor sintético.
Este artigo fornece detalhes sobre o projeto, síntese total e solução estudos isomerização de um motor molecular que é usado para a imagem latente molecular único. A estrutura molecular é mostrada na Figura 3. Além disso, o método para anexar motores moleculares na superfície de quartzo é descrito.

<table><tbody><tr><td>Espectrômetro de RMN</td><td>Varian</td><td>AMX400</td><td>para estudo de RMN de prótons</td></tr><tr><td>Reagente para reações orgânicas Reagente</td><td>de grau analítico</td><td>Sigma</td><td>para reações orgânicas</td></tr><tr><td>Gel de sílica;</td><td>Merck</td><td>230-400 mesh ASTM</td><td>Flash cromatografia&nbsp;</td></tr><tr><td>Solvente</td><td>Acros</td><td>grau espectrofotométrico</td><td>Cromatografia Flash&nbsp;</td></tr><tr><td>Lâmpada UV</td><td>ENB</td><td>280C</td><td>para irradiação UV-vis</td></tr><tr><td>espectrofotômetro de absorção UV-vis</td><td>JASCO</td><td>V-630&nbsp;</td><td>Medição de UV-vis</td></tr></tbody></table>

motores moleculares orientado a luz em superfícies para única imagem molecular

Light-driven Molecular Motors on Surfaces for Single Molecular Imaging

O projeto e a síntese de um sistema sintético que tem como objetivo para a visualização direta de um motor rotativo sintético a nível da molécula em superfícies são demonstradas. Este trabalho requer considerável esforço sintético, design cuidadoso e análises adequadas. O movimento giratório do motor molecular em solução é mostrado por 1H NMR e técnicas de espectroscopia de absorção UV-vis. Além disso, o método para enxertar o motor em um quartzo amina-revestido é descrito. Este método ajuda a obter mais conhecimento sobre máquinas moleculares.

Irradiação do motor molecular é realizada com luz UV (λmáx = 365 nm). Após a irradiação, ocorre uma isomerização de EZ foto-induzido em torno da ligação dupla central. Durante esse processo, a molécula é transformada de um estábulo para um isômero instável. Um passo de inversão de hélice tèrmica ativado, em seguida, segue para liberar a tensão da molécula inteira. Isto resulta em estado estável original. 1 Espectroscopia RMN H é então empregada para avaliar o processo rotativo (figura 4a). É preparada uma solução da amostra em um tubo de NMR e, em seguida, uma lâmpada de luz UV (λmáx = 365 nm) é colocada ao lado do tubo. Depois de 2h de irradiação, mudanças distintas podem ser encontradas no espectro RMN H 1. Essas alterações indicam a geração de um isômero de novo que é considerado instável-1b (figura 4b). Ele é visto na espectroscopia NMR H 1que Hum muda de 2,9 ppm (gibão) de 3,3 ppm (dubleto duplo). O sinal em 1,4 ppm pode ser atribuído como a absorção do grupo metil, e isso para o campo muda de 1,4 ppm para 1,6 ppm. Quando a amostra é mantida durante a noite à temperatura ambiente no escuro, o espectro original pode ser recuperado (figura 4a). Ele indica que o processo da inversão térmica hélice que converte instável-1b para stable-1b.
A fim de estudar o movimento giratório do motor 1b em superfícies, conectado à superfície motor assemblies do MS-1b (MS = motor em superfícies) são preparados. Os slides de quartzo são primeiro acrescidos com amina. Após esta etapa, o quartzo é imerso em uma solução DMF (10-4 M) de 1b em RT durante a noite. O quartzo resultante é enxaguado com DMF, água e MeOH. Os slides de quartzo preparado são então enviados para estudos de UV/vis. Um espectro de absorção UV/vis de MS-1b (linha contínua) é mostrado na Figura 5b. Como visto no espectro, a banda de maior absorção e o perfil de absorção são semelhantes às observadas em solução (Figura 5a). Ele também mostra as absorções características para o motor (420 nm) e PBI (456 nm, 490 nm, 524 nm). Estes picos sugerem o acessório bem sucedido de motor 1b para as superfícies revestidas amina. Além disso, o slide de quartzo é irradiado por 15 min, e são observadas alterações espectrais similares da solução, indicando a geração da MS-1b instável.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58750/58750fig1.jpg"> Figura 1 : Regime sintética para a preparação de alvo molécula 1b. O esquema mostra os reagentes, solventes e condições de reação que são usadas em cada etapa.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58750/58750fig2.jpg"> Figura 2 : (um) ilustração esquemática da estrutura da F0F1-ATPase enxertado sobre uma superfície para visualização de rotação unidirecional (reproduzida com permissão de12). (b), projeto conceitual de um superfície sintético-limite controlado por luz motor molecular para a imagem latente da molécula.
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58750/58750fig3.jpg"> Figura 3 : Estrutura de um limite a superfície molecular motor 1b, tendo um braço longo rígido entre o núcleo do motor e a etiqueta PBI. 
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58750/58750fig4.jpg"> Figura 4 : Alifático região da 1 Espectro H-RMN de motor 1b (CD2Cl2, -20 ° C, c = 10-3 M) (um) estável-1b, antes de irradiação (365 nm). (b) estado estacionário foto mistura após a irradiação. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58750/58750fig4large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58750/58750fig5v2.jpg"> Figura 5 : Espectros de absorção UV/vis. Espectros de absorção UV/vis de (um) motor 1b (CH2Cl2, 0 ° C), estável isômero (linha contínua) e instável isômero (linha tracejada) no PSS. (b) MS-1b (quartzo, 4 ° C) antes (linha contínua) e após a irradiação (linha tracejada).

O manuscrito descreve como sintetizar e enxertar um motor molecular em superfícies para imagiologia molecular único.

Motores moleculares orientado a luz em superfícies para única imagem Molecular

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 ...

Este protocolo fornece um primeiro exemplo de visualização da rotação de um motor molecular leve feito pelo homem no nível molecular único. A técnica sintética utilizada aqui é projetada para permitir a síntese de uma máquina molecular complexa com vários grupos funcionais. Primeiro, sob uma atmosfera de argônio, coloque 640 miligramas do composto precursor do rotor dois, 219 miligramas de iodeto de cobre e 3,44 gramas de iodeto de sódio em um tubo Schlenk de 100 mililitros equipado com uma barra de agitação.Conecte o tubo selado a uma linha Schlenk e adicione 50 mililitros de 1, 4-dioxano e 263 miligramas de trans-1, 2-Diaminocyclohexane. Mexa a mistura a 140 graus Celsius por 24 horas para trocar o substituto do bromoo por iodo. Em seguida, deixe a mistura esfriar até a temperatura ambiente e evaporar o solvente sob vácuo.Purifique o composto por cromatografia de flash de gel de sílica e remova os voláteis para obter o composto substituído por iodo três como um óleo amarelo pegajoso. Em seguida, coloque 415 miligramas do reagente de Lawesson e 219 miligramas de composto três em um frasco de Schlenk equipado com uma barra de agitação. Conecte o frasco a uma linha Schlenk através de um condensador e puri-lo com argônio três vezes.Adicione 10 mililitros de tolueno e refluxee a mistura por duas horas para converter o composto três em um tiokeona. Evaporar o solvente e purificar a tiokeona por cromatografia flash. Remova os voláteis da fração pura e dissolva a tiokeona isolada em 20 mililitros de tetrahidrofurano.Em seguida, dissolva 476 miligramas de composto recém-preparado 4, que é o precursor do estator diazo, em outros 20 mililitros de THF. Adicione a solução do composto 4 à solução de tioketon e refluxee a mistura sob argônio por 16 horas enquanto mexe para formar o duplo vínculo entre o rotor e o estator. Evaporar o excesso de solvente, purificar o produto bruto por cromatografia flash e remover os voláteis para obter composto motor 5 como um sólido vermelho.Em seguida, adicione 165 miligramas de motor 5, 4,56 miligramas de bis (triphenylphosphine)cloreto de paládio, e 2,48 miligramas de iodeto de cobre a um tubo Schlenk de 20 mililitros equipado com uma barra de agitação. Sele o tubo e conecte-o a uma linha Schlenk. Combine 10 mililitros de THF e dois mililitros de diisopropilamina e argônio bolha através da mistura por 10 minutos.Em seguida, transfira a mistura para o tubo Schlenk e mexa a mistura de reação sob argônio em temperatura ambiente por 10 minutos. Adicione 42 miligramas de acetileno triisopropílico e continue mexendo por 15 a 16 horas para substituir o iodo por tips acetileno. Em seguida, despeje a mistura do produto em 25 mililitros de cloreto de amônio aquoso saturado.Extraia o produto em três porções de 20 mililitros de diclorometano e lave as camadas orgânicas combinadas uma vez com 50 mililitros de salmoura saturada. Seque as camadas orgânicas lavadas sobre sulfato de sódio. Filtre o dessecante e remova o excesso de solvente.Purifique o resíduo por cromatografia flash e remova os voláteis sob vácuo para obter motor seis como óleo marrom. Em um frasco de 50 mililitros equipado com uma barra de agitação, combine 90 miligramas do motor 12 rotulado pbi, cinco mililitros de THF, cinco mililitros de metanol, e cinco mililitros de hidróxido de sódio aquoso de um molar. Mexa a mistura a 70 graus Celsius durante seis horas para hidrolisar os ésteres no estator.Em seguida, esfrie a mistura à temperatura ambiente enquanto mexe. Adicione cinco mililitros de água duplamente destilada e remova os solventes voláteis por evaporação rotativa. Adicione ácido hidráulico aquoso de um molar até que a mistura atinja o pH um, momento em que o motor 1b precipitará a partir da solução como um sólido marrom.Recupere o sólido por filtragem, lave-o com 10 mililitros de água fria e seque-o sob vácuo. Em seguida, mergulhe slides de quartzo na solução de piranha a 90 graus Celsius por uma hora. Enxágüe os slides com cinco mililitros de água duplamente destilada três vezes e com metanol uma vez.Seque as lâminas com gás nitrogênio. Em seguida, prepare uma solução de um mililitro de 3-aminopropil (diethoxy)metilsilano em tolueno recém-destilado. Mergulhe os slides nesta solução por 12 horas em temperatura ambiente e, em seguida, enxágue os slides silanizados com cinco mililitros cada um de tolueno e metanol.Mergulhe os slides em tolueno e metanol em sequência por dois minutos cada, e depois seque-os sob um fluxo de gás argônio. Em seguida, prepare cinco mililitros de uma solução de 0,1 mililitro do motor 1b em dimetilformamida para cada slide. Mergulhe os slides na solução 1b à temperatura ambiente por 12 horas para funcionalizar as superfícies de quartzo com uma monocamada de 1b.Lave os slides funcionais com DMF, água e metanol em sequência. Seque os slides com gás argônio e armazene-os em um recipiente selado sob argônio. O motor molecular 1b foi sintetizado em rendimento moderado, com um braço rígido, fenil-ethynylene tetramer conectando o núcleo do rotor à tag fluorescente.O espectro de NMR de prótons não mostrou nenhum acoplamento vicinal significativo entre Ha e Hc, o que é consistente com Ha e Hc ambos em orientações pseudoequatoriais. O acoplamento vicinal equatorial axial foi observado entre Hb e Hc.Irradiação com isomerização induzida pela luz de 365 nanômetros em torno da ligação dupla central com este isômero instável. A mudança de campo baixo do sinal de metila e o desenvolvimento do acoplamento vicinal entre Ha e Hc indicaram que o grupo de metila era pseudoequatorial.Quando o composto foi mantido no escuro à temperatura ambiente, a inversão térmica da hélice liberou a tensão na molécula com a naftalina passando pelo fluoreno. Isso devolveu a molécula à sua configuração original por causa do estator de fluoreno simétrico. A espectroscopia UV/vis dos isômeros estáveis e instáveis mostrou diferenças modestas nas regiões de absorção características do braço rígido e da tag fluorescente.A montagem bem sucedida de uma monocamidea de motor 1b no quartzo foi confirmada pela espectroscopia UV/vis. A monocamadas precisou de apenas 15 minutos de irradiação para alcançar o isômero instável no estado fotomente estacionário. É importante garantir que os compostos diazo e tioketone sejam feitos recentemente para garantir a síntese bem sucedida do motor 5.O campo de pesquisa de máquinas moleculares pode se beneficiar desse método, pois fornece uma importante diretriz para projetar, sintetizar e visualizar máquinas moleculares complexas. A solução piranha é usada para limpar os slides. Esta solução é altamente ácida, e deve ser usada com cautela.

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Química

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