Nobel-díjas kémia - 2016 • Gregory Molev • Tudományos hírek a "Elemeken" • Nobel-díjak, kémia

Nobel-díjas kémia – 2016

Kitüntetettek a Chemistry 2016 Nobel-díjas Jean-Pierre Sauvage (Jean-Pierre Sauvage), Fraser Stoddart (J. Fraser Stoddart) és Bernard Feringa (Bernard L. Feringa). A cen.acs.org képen

A győztesek voltak Jean-Pierre Sauvage, a University of Strasbourg, Nobel-díjat 2016-ban kémia (Franciaország), Fraser Stoddart Northwestern University (USA) és Bernard Feringa a Groningeni Egyetem (Hollandia). A rangos díjat "a molekuláris gépek tervezéséhez és szintéziséhez" jutalmazták – olyan egyedi molekulák vagy molekuláris komplexumok, amelyek bizonyos mozgásokat hozhatnak, amikor az energiát kívülről szállítják. A térség további fejlesztése ígéretes áttörést jelent a tudomány és az orvostudomány sok területén.

A Nobel-bizottság rendszeresen megjegyzi azt a munkát, amelyben a tudományos érték mellett még van néhány további dolog. Például a felfedezés grafén Geim és Novoselov (. Lásd a fizikai Nobel-díjat – 2010-ben, „Elements” 11.10.2010), amellett, hogy a nyitó és használja azt, hogy betartják a kvantum Hall effektus szobahőmérsékleten, figyelemre méltóak voltak technikai részletek: Peel grafit rétegek egyszerű szalaggal. A Shechtman, aki felfedezte kvázikristályok, kórtörténetében tudományos konfrontációt másik tiszteletben nobeliatom – Pauling kimondja, hogy „nincs kvázikristályok, és egy kvázi-tudós”.

A molekuláris gépek területén első pillantásra nincs ilyen kiemelés, ha kizárjuk azt a tényt, hogy az egyik nyertes, Stoddart, egy lovagság (nem ő az első). De valójában egy fontos jellemző még mindig ott van. A molekuláris gépek szintézise az akadémiai szerves kémia szinte az egyetlen területe, amelyet molekuláris szinten tiszta technikának neveznek, ahol az emberek egy molekulát terveznek a semmiből, és nem nyugszanak addig, amíg be nem érkeznek. Természetesen természetesen léteznek hasonló molekulák (így alakulnak ki szerves sejtek fehérjei – miozin, kinezinek – vagy például riboszómák), de az emberek még mindig messze vannak ettől a komplexitás szintjétől. Ezért a molekuláris gépek eddig az emberi elme gyümölcsei az elejétől a végéig, anélkül, hogy megpróbálnák utánozni a természetet vagy megmagyarázni a megfigyelt természeti jelenségeket.

Tehát olyan molekulákról beszélünk, amelyekben az egyik rész szabályszerűen mozoghat a másikhoz viszonyítva – rendszerint, részben külső hatásokkal és hővel mozgatni. Az ilyen molekulák létrehozásához Sovazh, Stoddard és Feringa más elvekkel jöttek létre.

Ábra. 1. Két gyűrűből álló katenán és egy rézion, amely elektronot fogad vagy ad el. Réz +1 töltéssel (Cu+) "Azt szeretné", hogy kisebb mennyiségű nitrogénatomhoz kötődjön, mint a réz +2 (Cu2+). Az egyik gyűrűn két különböző régió van – egy ligandumban két nitrogénatom, a másikban pedig három. Így a réz oxidációja / redukálása során a forgó gyűrű a hozzá tartozó régióhoz ragaszkodik hozzá. A forgatás mindkét irányban megy. Kép nobelprize.org-ból

Sauvage és Stoddard mechanikus úton kapcsolt molekulák: catenanes – két vagy több kusza molekuláris gyűrűk forgó egymáshoz képest (. 1. ábra), és a rotaxanes – alkotó molekulák két részből, ahol az egyik rész (gyűrű) mentén mozoghat a másik (a közvetlen alapja ), amelynek volumetrikus csoportjai (dugók) vannak a széle mentén, úgyhogy a gyűrű "nem repül" (2.

Ábra. 2. Rotaxane ( „molekuláris dugattyú”), amely egy egyenes molekula és pozitív töltésű gyűrű, amely nem jön le az egyenes molekulák miatt ömlesztett szilícium csoportok végein. Két közvetlen benzolgyűrű van beágyazva a közvetlen molekulába: egy nitrogénatom közül kettő, a másik két oxigénatom között. A nitrogénatomokat könnyen oxidálhatjuk (elektron adományozhatunk), így pozitív töltésű molekulát képezhetünk.Az oxigénatomok ezt nem tehetik meg, azonban a magas elektronegativitásuk miatt a benzolgyűrűtől az elektronsűrűség nagyobb mértékben, mint a semleges nitrogénatomok. Egy pozitív töltésű gyűrűt egy pozitívabb töltésű régióban visszaverik egy egyenes molekulán. Tehát ha a közvetlen molekula oxidálódik (a tetején) a gyűrű a benzolhoz oxigénatomok felé halad, és ha a közvetlen molekula semleges (alulról) – a gyűrű "kényelmesebb" a benzolon nitrogénatomokkal. Kép nobelprize.org-ból

A fenti koncepció alapján "molekuláris emelkedés", "molekuláris izmok", elméleti érdeklődésre számot tartó különféle molekuláris topológiai struktúrák, sőt egy olyan mesterséges riboszóma is létrejött, amely képes nagyon lassan szintetizálni a rövid fehérjéket.

Feringa megközelítése alapvetően különböző volt és nagyon elegáns (3. A Feringi molekuláris motorban a molekula forgó részei nem mechanikusan kapcsolódnak, hanem a legeredményesebb kovalens kötés – a szén-szén kettős kötés. A külső befolyás nélküli külső kettős kötés körüli csoportok elforgatása nem lehetséges.Ilyen expozíció ultraibolya besugárzás lehet. Az ábrán látható, hogy az ultraibolya szelektív módon egy kötést kettős, egy másodpercig tartó forgatásra képes. Ugyanakkor minden pozícióban a Feringi molekula szerkezetileg hangsúlyozott, és a kettős kötés megnyúlt. Amikor egy molekulát fordít, a legkisebb ellenállást követi, és megpróbálja megtalálni a legkisebb feszültségű pozíciót. Ezt nem teheti meg, de minden szakaszában szinte kizárólag egy irányba fordul.

Ábra. 3. A Feringa molekuláris motor működésének elve. Az UV besugárzással minden alkalommal, amikor 180 ° -os forgatásra kerül sor, aminek következtében a kettős kötés helyreáll és még intenzívebb molekulát kap. A feszültség enyhítéséhez a molekula többet forgat hőenergiával, és így csak egy forgásirányt hagy, további besugárzással. Kép nobelprize.org-ból

Egy ilyen, kisebb változtatással ellátott motor képes 2014-ben körülbelül 12 millió fordulatra (J. Vachon és mások, 2014). A Feringa motor leggyönyörűbb használatát egy "nanomachine" -ban egy arany szubsztráton mutatták ki (4.4). Négy motor, amely a kerekek stílusához kapcsolódik egy hosszú molekulához, egy irányban forgat, és az "autó" előre halad.

Ábra. 4. Nanomachine arany felületen. A cen.acs.org képen

Jelenleg egy molekulamotor kifejlesztése folyik, amely UV fény helyett látható fényben aktiválható. Egy ilyen motor segítségével a napenergia mechanikus energiává alakulhat át teljesen példátlan módon – a villamos energia áthidalásával.

Legutóbbi munkájában, az American Chemical Society folyóiratban (JACS), A Fering bemutatta a motor kialakítását, amelynek fordulatszáma kémiai beavatkozással szabályozható, amint az az 1. ábrán látható. 5. Ha egy effektor molekulát (fém-diklorid – cink Zn, palládium Pd vagy platina Pt) adunk hozzá a molekulamotorhoz, az utóbbi megváltoztatja a rotáció megkönnyítését. A mérések azt mutatták, hogy a három vizsgált effektus 20 ° C-on a motor a leggyorsabbat forgatja platina (0,13 Hz frekvenciával), kicsit lassabban palládiummal (0,035 Hz) és lassabban cinkkel (0,009 Hz). A motor effektornál maximális fordulatszáma 0,0041 Hz. A megfigyelt jelenséget a motorszerkezetek kvantummechanikai számításával igazolták, effektusokkal és anélkül.A számításokból világosan látszik, hogy a konformáció hogyan változik, és hogy mennyi forgalmat lehet megkönnyíteni.

Ábra. 5. A molekulamotor forgása (L1 molekula) kémiai módosítással történő gyorsulása – az effektor molekula kötődése, ami MCl fém diklorid2ahol M = Zn (cink), Pd (palládium) vagy Pt (platina). A motor két nitrogénatomot tartalmazó csoportot tartalmaz, amelyek képesek kötődni a fémhez. Amikor egy effektorot egy molekuláris motorhoz adunk, az utóbbi megváltoztatja a konformációt, ami megkönnyíti a forgást. Az effektor eltávolítható a motorból oly módon, hogy az oldathoz olyan molekulákat ad hozzá, amelyek többet tudnak kötni az effektorhoz, mint a motor. A cikk címe A. Faulkner és mtsai, 2016. Fényvezérelt molekuláris motor

Összefoglalva, meg kell mondani, hogy a molekulamotorok még nem találtak alkalmazást a mindennapi életben, de szinte biztosan ez idő kérdése, és a közeljövőben látni fogjuk az aktív használatukat.

forrás:
1) A Nobel-díj 2016-ban – a Nobel-bizottság hivatalos bejelentése.
2) Molekuláris gépek – a Nobel-bizottság által elkészített munkák részletes áttekintése.
3) Adele Faulkner, Thomas van Leeuwen, Ben L. Feringa és Sander J. Wezenberg. A forgás sebességének fényvezérelt molekuláris motorja / alloszterikus szabályozása Az American Chemical Society folyóirata. 2016. szeptember 26., 138 (41). P. 13597-13603. DOI: 10,1021 / jacs.6b06467.

Gregory Molev


Like this post? Please share to your friends:
Vélemény, hozzászólás?

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: