المحركات الجزيئية يحركها الضوء على الأسطح للتصوير الجزيئي واحد
概要
المخطوطة توضح كيفية توليف و graft محرك جزيئية على الأسطح للتصوير الجزيئي بمفرده.
Abstract
وأظهرت تصميم وتركيب نظام الاصطناعية التي تهدف للتصور مباشرة من محرك روتاري الاصطناعية على مستوى جزيء واحد على الأسطح. يتطلب هذا العمل جهدا كبيرا الاصطناعية، التصميم الدقيق والتحليل السليم. ويرد الحركة الدوارة من المحركات الجزيئية في الحل 1“ح الرنين المغناطيسي” وتقنيات التحليل الطيفي امتصاص الأشعة فوق البنفسجية بالنسبة. وبالإضافة إلى ذلك، يتم وصف طريقة graft المحرك على كوارتز المغلفة بأمين. ويساعد هذا الأسلوب للحصول على مزيد من التبصر في الآلات الجزيئية.
Introduction
في الكائنات الحية، وهناك وفرة المحركات الجزيئية تعمل على الحفاظ على الحياة اليومية. فقادرة على القيام بمهام مختلفة مثل إنتاج الوقود، والنقل، والحركة، إلخ1. الرسم من الإلهام من هذه الأمثلة الرائعة في الطبيعة، طور العلماء سلسلة من المحركات الجزيئية الاصطناعية على مدى العقود العديدة الماضية تحويل أنواع مختلفة من الطاقة التي تسيطر عليها الحركة في المستوى الجزيئي2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10-“جائزة نوبل” في الكيمياء عام 2016 منحت لثلاثة من الرواد في هذا المجال. بن فيرينجا، أحد الحائزين على، طورت المحرك الجزيئي يحركها الخفيفة التي قادرة على الخضوع للحركة الدوارة أحادي الاتجاه المستمر.
على مستوى جزيئي، الحركة البراونية، المعروف أيضا حركة عشوائية بسبب اصطدام الجزيئية والاهتزازات، غير أن عادة عقبة رئيسية لتطبيق مزيد من هذه المحركات الجزيئية. يمكن تعطيل البراونية أي اقتراح توجيه. قصر المحركات الجزيئية على السطوح قد تكون أحد الخيارات للتغلب على هذه المشكلة. بالقيام بذلك، يتم تحويل تناوب النسبي من جزء واحد من جزيء فيما يتعلق بالآخر بتناوب المطلق للدوار بالنسبة إلى السطح11. وبالإضافة إلى ذلك، قد يساعد استخدام تقنية التصوير الجزيئي واحدة تصور الحركة. ولذلك، ستساعد النتائج التي توصلت إليها هذا العمل للحصول على مزيد من التبصر في المحركات الجزيئية الاصطناعية.
أعمال يوشيدا وكينوسيتا (الشكل 2a) رائدة12،13 بمثابة مصدر الهام للتصميم في العمل الحالي، هو مبين في الشكل 2. النصف السفلي من محرك جزيئي يحركها الضوء موصولة إلى سطح لتكون بمثابة الساكنة. الجزء الدوار هو فونكتيوناليزيد مع الذراع الجامدة وتسمية الفلورسنت. عند تطبيق اثنين تشعيع مختلفة الأطوال الموجية للنظام، واحد سوف يؤدي إلى دوران المحرك، بينما الآخر سوف تثير علامة نيون. من حيث المبدأ، مشغلات الحركة الدوارة الجزء الدوار تناوب الفريق الفلورسنت. ولذلك، يمكن أن تليها تناوب علامة نيون مجهرية الأبعاد واسع المجال الأسفار. يوفر هذا الأسلوب، لأول مرة، أسلوب لتحويل دوران المحرك الجزيئي النسبي إلى التناوب المطلقة، ومن ثم وسيلة لتصور دوران محرك الاصطناعية.
توفر هذه المقالة التفاصيل في تصميم وتركيب إجمالي، والحل الدراسات isomerization المحركات الجزيئية المستخدمة للتصوير الجزيئي واحد. ويرد هيكل الجزيئية في الشكل 3. وبالإضافة إلى ذلك، يتم وصف طريقة لتوصيل المحركات الجزيئية على سطح الكوارتز.
Protocol
Representative Results
Discussion
ويشمل هذا المشروع قدرا كبيرا من العمل الاصطناعية؛ ولذلك، أن الخطوة الأكثر أهمية توليف العضوية نحو الجزيء النهائي. بين مجموع التوليف، هو رد فعل بارتون-كيلوغ الخطوة الرئيسية، أنها رد الفعل الذي يتشكل برباط مزدوج وسط المحرك الجزيئي. حاليا، قد استخدمت عدة طرق لتشكيل هذه الأنواع من الهياكل. هنا، يتم استخدام اقتران ديازو ثيوكيتوني، وتم إعداد النصفين العلوي والسفلي كمركبات diazo وثيوكيتوني، على التوالي. ثيوكيتوني ومركبات ديازو لا تكون عادة مستقرة تحت الهواء؛ ولذلك، يتطلب رد فعل سريع يعمل بموجب جو خامل تماما.
وتستند الأساليب القائمة حصر المحركات الجزيئية على السطوح معظمها نظم بيبودال. ومع ذلك، كانت أعاقت عمليات isomerization موتورز بيبودال المصممة مسبقاً سبب جزيئية. وبالإضافة إلى ذلك، بعض الأمثلة على بيبودال يتطلب المزيد من التنشيط قبل الإلحاق. الطريقة الحالية لتنجز هذا بطريقة تيترابودال، الذي يوفر مرفق قوية للمحرك على الأسطح مع مساحة منعزلة وكافية.
حد من هذا الأسلوب هو اختيار علامة نيون. مسموح فقط الأصباغ مع أطوال موجية محددة، كما تناوب موتور يتم تشغيلها بواسطة الطول الموجي نانومتر 365 وهكذا لا تكون متراكبة. وباﻹضافة إلى ذلك، الطريق الاصطناعية المستخدمة في البروتوكول وصف نحو الجزيء المستهدف يتطلب العديد من الخطوات التي يلزم فيها الظروف القاسية للانتهاء من رد فعل. في المستقبل، ربما يلزم تصميم تركيبية السطحية أكثر إذا جزيء أكثر تقدما للتصوير الجزيئي واحد مطلوب.
وفي الختام، هو وصف تصميم وتركيب المحركات الجزيئية فونكتيوناليزيد عاليا يحركها الضوء للمرة الأولى. وتناقش بعض التفاصيل من الجهد الاصطناعية، كذلك. وعلاوة على ذلك، أظهرت أساليب المحرك على سطح شريحة كوارتز graft، ويمكن اختبار العينة كذلك للتصور للحركة الجزيئية واحد14.
開示
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
كان هذا العمل دعم مالي من “منظمة هولندا” للبحث العلمي (جمعية البحث العلمي الهولندية–الأسلحة الكيميائية)، مجلس البحوث الأوروبي (منسق الإغاثة الطارئة؛ ومنحة متقدمة 694345 رقم B.L.F.)، ووزارة التربية والتعليم، والثقافة والعلوم (البرنامج لا من الجاذبية. 024.001.035).
Materials
| 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 |
参考文献
- Berg, J. M., Tynoczko, J. L., Styer, L. . Biochemistry 5th ed. , (2006).
- Erbas-Cakmak, S., Leigh, D. A., McTernan, C. T., Nussbaumer, A. L. Artificial Molecular Machines. Chemical Reviews. 115, 10081-10206 (2015).
- Feringa, B. L. The Art of Building Small: From Molecular Switches to Motors. Angewandte Chemie: International Edition. 56, 11059-11078 (2017).
- Stoddart, J. F. Molecular Machines. Accounts of Chemical Research. 34, 410-411 (2001).
- Kinbara, K., Aida, T. Toward Intelligent Molecular Machines: Directed Motions of Biological and Artificial Molecules and Assemblies. Chemical Reviews. 105, 1377-1400 (2005).
- Kay, E. R., Leigh, D. A., Zerbetto, F. Synthetic Molecular Motors and Mechanical Machines. Angewandte Chemie: International Edition. 46, 72-191 (2007).
- Kottas, G. S., Clarke, I. L., Horinek, D., Michl, J. Artificial Molecular Rotors. Chemical Reviews. 105, 1281-1376 (2005).
- Watson, M. A., Cockroft, S. L. Man-made Molecular Machines: Membrane Bound. Chemical Society Reviews. 45, 6118-6129 (2016).
- Kassem, S., et al. Artificial Molecular Motors. Chemical Society Reviews. 46, 2592-2621 (2017).
- Sauvage, J. P. . Molecular Machines and Motors. , (2001).
- van Delden, R. A., et al. Unidirectional molecular motor on a gold surface. Nature. 437, 1337-1340 (2005).
- Noji, H., Yasuda, R., Yoshida, M., Kinosita, K. Direct observation of the rotation of F1-ATPase. Nature. 386, 299-302 (1997).
- Hutchison, J. A., et al. A surface-bound molecule that undergoes optically biased Brownian rotation. Nature Nanotechnology. 9, 131-136 (2014).
- Krajnik, B., et al. Defocused Imaging of UV-Driven Surface-Bound Molecular Motors. Journal of the American Chemical Society. 139, 7156-7159 (2017).
