O manuscrito descreve como sintetizar e enxertar um motor molecular em superfícies para imagiologia molecular único.
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.
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.
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.
The authors have nothing to disclose.
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).
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 |