El Profesor Distinguido de Química de Texas A & M John A. Gladysz, explicando la mecánica reaccionaria involucrada en un giroscopio molecular. Crédito: Universidad de Texas A & M

Durante décadas, el químico John A. Gladysz de la Universidad de Texas A & M ha estado mezclando metales y carbono para crear nuevas moléculas, desde los cables moleculares más largos del mundo hasta giroscopios microscópicos controlables por tamaño de jaula, acceso molecular e incluso progreso hacia la rotación unidireccional vía campo eléctrico externo manipulación.

En un logro más reciente, Gladysz y su grupo de investigación han creado un nuevo tipo de rotor molecular que promete ser desarrollado en el futuro como una máquina molecular funcional capaz de manipular la materia a niveles atómicos y subatómicos y transformar múltiples ramas de la química, junto con innumerables sectores e industrias.

Texas A & M química Ph.D. los candidatos Andreas Ehnbom y Sugam Kharel, los investigadores postdoctorales Dr. Tobias Fiedler y Dr. Hemant Joshi, y el asistente del gerente de difracción de rayos X Nattamai Bhuvanesh se unen a Gladysz como coautores en el trabajo financiado por la National Science Foundation, detallado en la historia de portada de la edición de esta semana del Revista de la Sociedad Química Americana .

El grupo Gladysz utilizó un método llamado metátesis de olefina reconocido con el Premio Nobel de Química 2005 para sintetizar una serie de complejos de platino con ligandos de anillo macrocíclicos que pueden voltearse sobre el núcleo del átomo de platino en un cambio de conformación que recuerda al salto de cuerda doble holandés. Los investigadores superaron desafíos sintéticos significativos para lograr movimientos moleculares sin precedentes, a menudo centrados en una rotación central que evoca un triple salto de patinaje sobre el eje.

Además de caracterizar las nuevas moléculas usando varios métodos físicos, los investigadores usaron métodos computacionales disponibles a través del Laboratorio de Simulación Molecular (LMS) así como tecnología de supercomputación y análisis de datos a través del Computación de Investigación de Alto Rendimiento A & M de Texas para comprender mejor los movimientos de estas moléculas puede sufrir

“Se han reportado compuestos similares anteriormente pero con un solo anillo macrocíclico”, dijo Ehnbom, quien además de Gladysz también trabaja con el químico teórico de Texas A & M y el director de LMS, el Dr. Michael B. Hall.

“Los nuestros tienen tres anillos y, por lo tanto, pueden someterse a un mecanismo de ‘cuerda de triple salto’, que no tiene precedentes”, agregó Joshi.

Las máquinas moleculares (estructuras diminutas con movimientos controlables que pueden realizar una variedad de tareas cuando se agrega energía a la ecuación) lograron importantes avances y titulares como tema del Premio Nobel de Química 2016. Tan versátiles como poderosos, estos dispositivos se pueden emplear potencialmente como interruptores moleculares y moléculas de motor y luego se aplican a la fabricación de dispositivos nanoelectrónicos, sistemas nanoelectromecánicos (NEMS) y sistemas de administración de fármacos con cualquier cantidad de posibles aplicaciones en química, ciencia de materiales e ingeniería, industria y medicina.

“Los científicos han perseguido la síntesis de moléculas con arquitecturas que permiten movimientos controlados durante mucho tiempo, y es un campo de investigación cada vez más activo, como lo demuestra el Premio Nobel 2016”, dijo Gladysz. “Usando tales moléculas, debería ser posible diseñar y desarrollar máquinas moleculares funcionales capaces de manipular la materia a nivel atómico, lo que sería revolucionario. Todavía estamos lejos de alcanzar este objetivo, pero ahora estamos un paso más cerca”.

Ehnbom señala que un siguiente paso importante será descubrir cómo controlar el movimiento de sus compuestos, que en la actualidad es aleatorio, no muy diferente de los motores y motores de la vida real. El equipo planea utilizar modelos computacionales de última generación para simular dicha rotación, obteniendo así una mejor comprensión de los factores que la controlan para perfeccionar aún más su diseño, desde rotores posteriores hasta experimentos. Después de todo, la aplicación futura y factible depende de ello.

“Si los investigadores logran sintetizar máquinas moleculares funcionales, las posibilidades son infinitas y van desde el transporte a nivel molecular, o la administración de medicamentos dentro del cuerpo, hasta la manipulación de estructuras microscópicas o la síntesis de sustancias químicas, hasta el procesamiento y almacenamiento de datos”, agregó. Kharel, que acaba de completar su Doctorado de Texas A & M.

El trabajo del equipo, “Tres veces plegamiento del anillo intramolecular Alqueno metátesis de complejos planar cuadrados con fósforo cis ligandos donantes P (X (CH2) mCH = CH2) 3 (X = -, m = 5-10; X = O, m = 3-5): Síntesis, Estructuras y Propiedades Térmicas de los Complejos Dipósforos Dibridgehead Macrocíclicos, “pueden ser visto en línea junto con figuras relacionadas y leyendas.


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Más información: Hemant Joshi y otros Tres veces plegamiento de anillo intralumular Alqueno metátesis de complejos cuadrado planar con cis fósforo ligandos donadores P (X (CH2) mCH═CH2) 3 (X = -, m = 5-10; X = O, m = 3-5): Síntesis, estructuras y propiedades térmicas de los complejos difosforados de dibridgehead macrocíclicos, Revista de la Sociedad Química Americana (2018) DOI: 10.1021 / jacs.8b02846