Los motores moleculares impulsados por luz se desarrollaron por primera vez hace casi 25 años en la Universidad de Groningen, Países Bajos. Esto resultó en un Premio Nobel de Química compartido para el profesor Ben Feringa en 2016. Sin embargo, lograr que estos motores funcionaran realmente resultó ser un desafío. Un nuevo artículo del laboratorio Feringa, publicado en Nature Chemistry el 26 de abril, describe una combinación de mejoras que acerca las aplicaciones de la vida real.
El primer autor, Jinyu Sheng, ahora investigador postdoctoral en el Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria (ISTA), adaptó un motor molecular impulsado por luz de "primera generación" durante su doctorado. Estudios en el laboratorio de Feringa. Su objetivo principal era aumentar la eficiencia de la molécula motora. "Es muy rápido, pero sólo el 2% de los fotones que absorbe la molécula impulsan el movimiento giratorio."
Esta baja eficiencia puede obstaculizar las aplicaciones de la vida real. "Además, una mayor eficiencia nos permitiría controlar mejor el movimiento", añade Sheng. El movimiento giratorio del motor molecular de Feringa se produce en cuatro pasos:dos de ellos son fotoquímicos, mientras que dos son impulsados por la temperatura. Estos últimos son unidireccionales, pero los pasos fotoquímicos provocan una isomerización de la molécula que suele ser reversible.
Sheng se propuso mejorar el porcentaje de fotones absorbidos que impulsan el movimiento giratorio. "Es muy difícil predecir cómo se puede hacer esto y, al final, descubrimos accidentalmente un método que funcionó". Sheng añadió un grupo funcional aldehído a la molécula motora, como primer paso en una mayor transformación.
"Sin embargo, decidí probar la función motora de esta versión intermedia y descubrí que es muy eficiente de una manera que nunca antes habíamos visto".
Para ello cooperó con el grupo de Fotónica Molecular del Instituto Van 't Hoff de Ciencias Moleculares de la Universidad de Ámsterdam. Utilizando espectroscopía láser avanzada y cálculos químicos cuánticos, se mapearon las vías de desintegración electrónica, proporcionando información detallada sobre el funcionamiento del motor molecular.
Además, quedó claro que la adaptación realmente le dio a Sheng un mejor control del movimiento giratorio de la molécula. Como se mencionó anteriormente, el motor molecular gira en cuatro pasos discretos. Sheng dice:"Anteriormente, si irradiamos un lote de motores con luz, obtendríamos una mezcla de motores en diferentes etapas del ciclo de rotación. Después de la modificación, fue posible sincronizar todos los motores y controlarlos en cada etapa".
Esto abre todo tipo de posibilidades. Por ejemplo, los motores podrían usarse como dopante quiral en cristales líquidos, donde las diferentes posiciones crearían diferentes colores de reflexión. En el artículo, Sheng y sus colegas presentan un ejemplo de esto. Otras aplicaciones podrían ser, por ejemplo, el control del autoensamblaje molecular.
La adición de un grupo aldehído a la molécula motora también tiene otro efecto interesante:desplaza la absorción de luz a una longitud de onda más larga. Dado que las longitudes de onda más largas penetran más en el tejido vivo o en el material a granel, esto significa que los motores podrían funcionar de manera mucho más eficiente en aplicaciones médicas y ciencia de materiales porque llegará más luz a la molécula del motor, mientras que esta también utilizará los fotones de manera más eficiente.
"Varios de nuestros colegas están trabajando ahora con nosotros en este nuevo motor molecular para diferentes aplicaciones", afirma Sheng. Espera más artículos sobre este tema en un futuro próximo. Mientras tanto, el laboratorio de Feringa se enfrenta a otro reto:"El motor molecular ahora es más eficiente, pero no sabemos exactamente por qué la modificación provoca este efecto. Actualmente estamos trabajando en ello".
Más información: Jinyu Sheng et al., La formilación aumenta el rendimiento de motores moleculares rotatorios derivados de alquenos superpoblados impulsados por luz, Nature Chemistry (2024). DOI:10.1038/s41557-024-01521-0
Información de la revista: Química de la naturaleza
Proporcionado por la Universidad de Groningen
