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

En un logro más reciente, Gladysz y su grupo de investigación han creado un nuevo tipo de rotor molecular que se muestra prometedor para el desarrollo 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 una miríada de sectores e industrias relacionados.

Doctorado en química de Texas A&M. candidatos Andreas Ehnbom y Sugam Kharel, los investigadores postdoctorales Dr. Tobias Fiedler y Dr. Hemant Joshi, y el subdirector del Laboratorio de Difracción de Rayos X, Nattamai Bhuvanesh, se unen a Gladysz como coautores del trabajo financiado por la National Science Foundation, detallado en el artículo de portada de la edición de esta semana del Revista de la Sociedad Química Estadounidense .

El grupo Gladysz utilizó un método llamado metátesis de olefinas reconocido con el Premio Nobel de Química 2005 para sintetizar una serie de complejos de platino con ligandos de anillo macrocíclicos que pueden voltear el núcleo del átomo de platino en un cambio de conformación que recuerda al salto de cuerda de Double-Dutch. Los investigadores superaron importantes desafíos sintéticos para lograr movimientos moleculares sin precedentes, a menudo se centra en una rotación central que evoca un salto de patinaje de triple eje.

Además de caracterizar las nuevas moléculas utilizando varios métodos físicos, Los investigadores utilizaron métodos computacionales disponibles a través del Laboratorio de Simulación Molecular (LMS), así como tecnología de supercomputación y análisis de datos a través de la Computación de Investigación de Alto Rendimiento de Texas A&M para comprender mejor los movimientos que pueden experimentar estas moléculas.

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

"Los nuestros tienen tres anillos y, por lo tanto, pueden someterse a un mecanismo de 'triple salto de cuerda', que no tiene precedentes, "Añadió Joshi.

Las máquinas moleculares (estructuras diminutas con movimientos controlables que pueden realizar una variedad de tareas cuando se agrega energía a la ecuación) lograron grandes 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 motoras y luego aplicarse a la fabricación de dispositivos nanoelectrónicos, sistemas nanoelectromecánicos (NEMS) y sistemas de administración de fármacos con cualquier número de aplicaciones potenciales en química, Ciencia e Ingeniería de los Materiales, 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 de 2016, "Dijo Gladysz." Usando tales moléculas, Debería ser posible diseñar y desarrollar máquinas moleculares funcionales capaces de manipular la materia a nivel atómico. que sería revolucionario. Aún estamos lejos de alcanzar este objetivo, pero ahora, estamos un paso más cerca ".

Ehnbom señala que un próximo paso importante será descubrir cómo controlar el movimiento de sus compuestos, que en la actualidad es aleatorio, no muy diferente al 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 lo controlan para perfeccionar aún más su diseño, de rotores posteriores a experimentos. Después de todo, el futuro, y la aplicación factible, depende de ello.

"Si los investigadores alguna vez logran sintetizar máquinas moleculares funcionales, las posibilidades son infinitas y van desde el transporte a nivel molecular, o entrega de medicamentos dentro del cuerpo, a la manipulación de estructuras microscópicas, o síntesis de productos químicos, al procesamiento y almacenamiento de datos, "añadió Kharel, quien acaba de completar su Doctorado en Texas A&M.

El papel del equipo, "Metátesis de alquenos de cierre de anillo intramolecular triple de complejos planos cuadrados con ligandos donantes de fósforo cis P (X (CH2) mCH =CH2) 3 (X =-, m =5-10; X =O, m =3-5):Síntesis, Estructuras, y propiedades térmicas de los complejos macrocíclicos de difósforo de cabeza de puente, "se puede ver en línea junto con figuras y subtítulos relacionados.