Het manuscript wordt beschreven hoe synthetiseren en enten van een moleculaire motor op oppervlakken voor één moleculaire beeldvorming.
Het ontwerp en de synthese van een synthetische systeem dat tot doel voor de directe visualisatie van een synthetische roterende motor op het niveau van één molecuul op oppervlakken heeft worden gedemonstreerd. Dit werk vereist zorgvuldige ontwerp, synthetische inspanning en juiste analyse. De roterende beweging van de moleculaire motor in oplossing blijkt uit 1H NMR en UV-vis Absorptie spectroscopie technieken. Bovendien, wordt de methode voor het enten van de motor op een amine beklede kwarts beschreven. Deze methode helpt meer inzicht in de moleculaire machines.
In levende organismen zijn er overvloedige moleculaire motoren functioneren om het dagelijkse leven. Zij kunnen verschillende taken uitvoeren zoals brandstof productie, vervoer, mobiliteit, etc.1. Tekening uit de inspiratie van deze fascinerende voorbeelden in de natuur, hebben wetenschappers ontwikkeld, een reeks van kunstmatige moleculaire motoren in de afgelopen decennia verschillende soorten energie omzetten in gecontroleerde beweging op het moleculaire niveau2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10. the Nobel Prize in Chemistry in 2016 werd toegekend aan drie Pioniers op dit gebied. Ben Feringa, een van de laureaten, heeft de licht gestuurde moleculaire motor welk vermag ondergaan continue unidirectionele roterende beweging ontwikkeld.
Echter, op een moleculair niveau, Brownse beweging, ook bekend als de willekeurige beweging als gevolg van moleculaire botsingen en trillingen, is meestal het belangrijkste obstakel voor verdere toepassing van deze moleculaire motoren. Brownse beweging kan een gerichte beweging verstoren. De moleculaire motoren op oppervlakken te beperken, mag een van de opties om dit probleem te overwinnen. Door dit te doen, wordt de relatieve rotatie van een deel van het molecuul met betrekking tot de andere geconverteerd naar de absolute rotatie van de rotor ten opzichte van de oppervlakte11. Daarnaast kan gebruik van de interne moleculaire beeldvorming techniek helpen visualiseren van de ontwerpresolutie. Dus, de resultaten van dit werk zal helpen meer inzicht in de synthetische moleculaire motor.
Het pionierswerk van Jansen en Kinosita (Figuur 2a)12,13 heeft gediend als inspiratie voor het ontwerp in het huidige werk, getoond in Figuur 2b. De onderste helft van een licht gestuurde moleculaire motor is gekoppeld aan een oppervlak om te dienen als de stator. Het deel van de rotor is matiemaatschappij met een stijve arm en fluorescerende label. Wanneer twee verschillende bestraling golflengten op het systeem toepassen, zal een de rotatie van de motor, trigger terwijl anderzijds de fluorescerende tag zal prikkelen. In principe leidt de roterende beweging van de rotor deel de rotatie van de fluorescerende groep. Dus, de rotatie van de TL-tag kan worden gevolgd door intreepupil breed-gebied fluorescentie microscopie. Deze methode biedt, voor de eerste keer, een methode voor het omzetten van de relatieve rotatie van een moleculaire motor in absolute draaihoek, en dus een manier om te visualiseren van de rotatie van een synthetische motor.
Dit artikel bevat details over het ontwerp, totale synthese en oplossing isomerisatie studies van een moleculaire motor die wordt gebruikt voor één moleculaire beeldvorming. De moleculaire structuur is afgebeeld in Figuur 3. Bovendien, wordt de methode voor het koppelen van moleculaire motoren op quartz oppervlak beschreven.
Dit project omvat een aanzienlijke hoeveelheid synthetische werk; Daarom is de meest kritische stap organische synthese op weg naar de definitieve molecule. Onder de totale synthese is de Barton-Kellogg-reactie de belangrijkste stap, want het is de reactie die de centrale dubbele binding van de moleculaire motor wordt gevormd. Op dit moment zijn verschillende methoden gebruikt om deze soorten structuren vormen. Hier, diazo-thioketon koppeling wordt gebruikt, en de bovenste en onderste helften zijn opgesteld als de diazo en thioketon verbindingen, respectievelijk. Thioketon en diazoverbindingen zijn meestal niet stabiel onder lucht; de reactie vereist daarom snel onder de werking van een strikt inerte atmosfeer.
Bestaande methoden beperken van moleculaire motoren op de oppervlakken zijn meestal gebaseerd op bipodal systemen. De processen van de isomerisatie van eerder ontworpen bipodal motoren waren echter belemmerd door Intermoleculaire interacties. Bovendien, sommige van de bipodal voorbeelden vereist verdere activering voorafgaand aan bijlage. De huidige methode maakt dit mogelijk op een tetrapodal manier, die voorziet in robuuste bijlage van de motor over oppervlakken met voldoende geïsoleerde ruimte.
Een beperking van deze methode is de keuze van TL-tag. Alleen de kleurstoffen met specifieke golflengten zijn toegestaan, zoals de rotatie van de motor wordt geactiveerd door de 365 nm golflengte en dus moet niet overlappen. Bovendien vereist de synthetische route werkzaam in de beschreven protocol naar de doelmolecule enkele stappen in die barre omstandigheden zijn nodig voor de voltooiing van de reactie. In de toekomst een meer facile synthetische ontwerp is waarschijnlijk nodig zijn als een meer geavanceerde molecule voor één moleculaire beeldvorming vereist is.
Kortom, wordt het ontwerp en de synthese van een zeer functionalized licht gestuurde moleculaire motor beschreven voor de eerste keer. Sommige details van de synthetische inspanning worden besproken, evenals. Bovendien, methoden voor het enten van de motor op een kwarts dia oppervlak worden gedemonstreerd en het monster kan verder te worden getest voor visualisatie van één moleculaire beweging14.
The authors have nothing to disclose.
Dit werk werd financieel ondersteund door de Nederlandse organisatie voor wetenschappelijkonderzoek (NWO-CW), de European Research Council (ERC; geavanceerde subsidie no. 694345 B.L.F.), en het ministerie van onderwijs, cultuur en wetenschap (Gravitation programma neen. 024.001.035).
NMR spectrometer | Varian | AMX400 | for proton nmr study |
Reagent for organic reactions | Sigma | analytical grade | reagent for organic reactions |
Silica gel | Merck | 230-400 mesh ASTM | Flash chromatography |
Solvent | Acros | spectrophotometric grade | Flash chromatography |
UV lamp | ENB | 280C | for UV-vis irradation |
UV-vis absorption spectrophotometer | JASCO | V-630 | UV-vis measurment |