Los coches moleculares se conocen desde hace algún tiempo, pero científicos del Instituto Van 't Hoff de Ciencias Moleculares (HIMS) de la Universidad de Ámsterdam y de la Universidad de Murcia han sintetizado ahora moléculas que funcionan como los pedales de una bicicleta. Impulsado por la luz las moléculas pueden usarse como interruptores moleculares que allanan el camino para el diseño de sistemas moleculares funcionales efectivos bajo severas restricciones espaciales.
La investigación aparecerá en la próxima edición impresa de Edición internacional Angewandte Chemie (se publicará el 12 de febrero). La ilustración de la portada adjunta destaca la importancia del trabajo.
Las moléculas que pueden ser cambiadas por la luz para cambiar su estructura son bloques de construcción clave para la nanotecnología molecular fotosensible. Un gran inconveniente de muchos conmutadores moleculares actualmente disponibles es que requieren un volumen libre relativamente grande para invertir entre sus dos estados estructurales. Los ejemplos prototípicos son moléculas en las que se produce la isomerización de un doble enlace, como las moléculas del rotor del premio Nobel Ben Feringa. En muchas aplicaciones prácticas, por ejemplo en catálisis, administración de fármacos o computadoras moleculares, simplemente no hay suficiente espacio para un movimiento a gran escala. Por lo tanto, encontrar nuevos motivos químicos que permitan la conmutación utilizando solo el mínimo volumen es de gran relevancia para este campo que emerge rápidamente.
Recientemente, El profesor José Berna de la Universidad de Murcia ha propuesto una nueva clase de interruptores moleculares basados en azodicarboxamida. Estos se derivan de una modificación del resto azo en el azobenceno, uno de los componentes más empleados en los materiales "conmutables por luz". Dado que los nuevos sistemas, a diferencia de los azobencenos, ya no son planos, se esperaba que exhibieran diferentes tipos de movimiento al irradiarlos con luz. Hasta ahora, sin embargo, los estudios sobre el movimiento real que se estaba produciendo seguían fuera de su alcance.
Para investigar el modo exacto de funcionamiento de los interruptores moleculares basados en azodicarboxamida, El Dr. Saeed Amirjalayer de la Universidad de Amsterdam se propuso medir sus frecuencias vibratorias utilizando pulsos extremadamente cortos de luz infrarroja (con una duración de menos de una billonésima de segundo). Estas frecuencias son una huella de la estructura molecular y, por lo tanto, ofrecen un medio directo para establecer exactamente cómo la molécula cambia su estructura después de ser activada por la luz.
Resultó que estos interruptores exhiben un mecanismo de conmutación que es completamente diferente en comparación con los interruptores estándar. Donde estos últimos exhiben una rotación a gran escala alrededor de un enlace, las nuevas moléculas funcionan como el pedalier y los pedales de una bicicleta. Ellos no, sin embargo, realizar una rotación completa, pero muévete hacia adelante y hacia atrás. Utilizando cálculos químicos cuánticos avanzados, se estableció que las moléculas se vuelven planas por absorción de luz y retroceden cuando regresan a su estado fundamental.
La característica sorprendente del movimiento del pedal es que va acompañado de desplazamientos mínimos de los átomos involucrados. Por tanto, la molécula permanece más o menos fija en el espacio y solo necesita un volumen de conmutación mínimo. Esto ofrece oportunidades para aplicaciones donde el movimiento a nivel molecular está muy restringido, como en el estado sólido, en superficies, o al incrustarse en polímeros.
