分子马达开始chemically-fuelled旅程

多年化学家也试图效仿的单一化学燃料三磷酸腺苷(ATP)权力自然运动细胞内蛋白质。现在,大卫利英国曼彻斯特大学的小组,终于实现了这一目标。¹就在两天前,本Feringa的集团荷兰格罗宁根大学发表他们自己的研究接近同样的目标不同的运动系统。²

“是巨大的分子结构的马达蛋白”,利强调。科学家们开始做更复杂的分子机器。他承认他们正在缓慢、效率低下,不能做多,但比较他们第一个汽车。如果没有卡尔奔驰1885无马马车,我们就不会有今天的奔驰一级方程式赛车。

最终这样的系统会运输材料,利建议,为构建新的分子或交付到化学分析工具。他们甚至可以权力微型机器人或工厂。

利和Feringa组从事分子反应自世纪之交感动呢。李的团队的汽车,在2003年第一次开发,大型环形交叉对分子称为索烃。³此前,化学家与大环移动另一个困难。他们需要一系列的化学反应发生在一个特定的序列,”李说。

一个障碍可以作为燃料

曼彻斯特的科学家索烃的设计,运作不断发表在6月8日的燃料。它由一个小戒指“定向偏见”周围顺时针大一点的旅行。大环的两端有两个网站,通过氢键紧密扣小环。99%的时间小环连接到这些网站,并在它们之间的其他1%的拥挤与其他分子的碰撞,李解释说。

立即顺时针从这些网站在大环的羟基化学燃料的9-fluorenylmethoxycarbonyl氯(Fmoc-Cl)可以与和连接反应。意外的燃料,Fmoc身体阻止了小环过去旅行。开车顺时针运动,李的团队把相连的环的条件不断地添加和删除Fmoc障碍。

这是一个微妙的原因:Fmoc燃料/障碍的附件率各不相同,而其去除率是相同的。Fmoc连接到羟基慢的大环小环坐的地方。因此,Fmoc障碍总是更有可能缺席时,小环将推动顺时针过去下一个羟基。小环推动逆时针方向,将更有可能找到一个Fmoc屏障保护结合位点,很快回到起始位置。

查尔斯·赛克斯来自美国塔夫茨大学,调用方法的一个优雅的概念验证系统,反映生物机器”。然而,他补充说,这是“缓慢而低效的因为很多燃料燃烧之前,甚至达到电机的。

“现在我们所面临的挑战——希望别人是更加高效和有效的汽车和使用它们来执行任务,”利回答道。

一个新的转折

相比之下,格罗宁根集团最新的研究发表在6月6日吗,使用碳碳键的分子转子。笨重的此类债券的化学组坐在两端,和反应导致一组旋转,就像一个轮子轴。

新系统建立在工作Feringa的团队第一次在2005年,使用biaryl分子,具有芳香环碳碳单键的两端。⁴然后,他们使用纯粹的化学手段逐步螺旋环圆的,但是它需要四个不同的反应条件产生一个整圈。

而新系统仍然需要四个步骤与不同条件下旋转的关键反应,碳氢键活化和氧化,依靠金属钯催化剂。在每种情况下钯复杂转子同时结合环连接的纽带。两个关键的化学过程导致一个180°扭上环的分子与环越低,整体驾驶一个完整的旋转。“系统开辟了道路催化回转马达系统,“Feringa说。下一步是构建一个chemically-fuelled系统。”

赛克斯强调顺序添加反应物让biaryl系统甚至低于rotaxane电动机。不过,催化体系的氧化还原性质提供了通过电化学控制分子马达的未来的可能性,”他补充道。

钯的作用突显出所有分子马达的共同点,是他们biaryl,索烃,或需要atp提供能量蛋白质,李说。电动机是将高能化学试剂的催化剂来降低能源浪费的产品,”他说。关键是使用能量运动。