Il manoscritto descrive come sintetizzare e innestare un motore molecolare sulle superfici per l’imaging molecolare singola.
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.
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.
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.
The authors have nothing to disclose.
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).
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 |