Los engranajes son un componente esencial de las máquinas cotidianas. La capacidad de cambiar de marcha, como en un automóvil, permite controlar el grado o la dirección del movimiento generado, lo que hace que las máquinas sean más versátiles.
Ahora, un equipo dirigido por investigadores del Instituto de Diseño y Descubrimiento de Reacciones Químicas (WPI-ICReDD) de la Universidad de Hokkaido ha informado sobre una nueva estrategia de diseño para realizar engranajes de tamaño molecular en cristales y el primer ejemplo de cambio de engranaje molecular controlable en un sólido. materiales.
Desarrollaron un material cristalino que contiene moléculas parecidas a engranajes que pueden cambiarse de forma reversible entre dos tipos de movimiento. El principio de diseño proporciona un modelo para el desarrollo de materiales nuevos y versátiles. El estudio se publica en el Journal of the American Chemical Society .
Los investigadores utilizaron una molécula con forma de engranaje llamada triariltriazina, que tiene un anillo central de triazina con tres anillos de fenileno adheridos, que actúan como los dientes de un engranaje. Al unir moléculas estacionarias voluminosas a los anillos de fenileno, los investigadores indujeron una disposición de "pila de embrague", donde las moléculas de triariltriazina adyacentes giran 60° entre sí, en lugar de apilarse en la misma orientación.
"El diseño de la pila de embrague se inspiró en el sistema de maquinaria mecánica del embrague de un automóvil", dijo el profesor asociado Mingoo Jin.
Las moléculas estacionarias adheridas también crearon suficiente espacio para que los tres anillos de fenileno giraran entre dos posiciones en un movimiento de aleteo. La disposición de la pila de embrague de las moléculas de triariltriazina permitió que las moléculas adyacentes se engancharan entre sí a medida que los anillos de fenileno giraban, como si fueran engranajes entrelazados. Esto resultó en el movimiento correlacionado de todas las moléculas en la pila.
Cuando la temperatura se elevó por encima de un cierto umbral, se observó un movimiento correlacionado diferente, en el que los anillos de fenileno experimentaron una rotación de 180°. Este cambio de movimiento se atribuyó a una transición de fase en el cristal que creó más espacio entre las moléculas adyacentes, dando a los anillos de fenileno más espacio para girar.
Los investigadores descubrieron que este cambio de movimiento podría revertirse enfriando el cristal, lo que marca la primera vez que se observa un movimiento molecular tan controlable en un sólido. El efecto del cambio de marcha molecular podría afinarse ajustando el tamaño y la estructura de la molécula estacionaria unida a la molécula del engranaje. Esta capacidad de ajuste abre la puerta al desarrollo de nuevos materiales funcionales que aprovechan las máquinas moleculares cristalinas.
"La siguiente dirección de nuestra investigación sería utilizar el movimiento molecular engranado en cristales para manipular diferentes propiedades físicas de los materiales en estado sólido, como la emisión de luz o el comportamiento térmico", afirmó Jin.
Más información: Mingoo Jin et al, Una pila de triariltriazinas con embrague impulsado por repulsión estérica:rotaciones moleculares correlacionadas y un cambio de marcha termosensible en el sólido cristalino, Revista de la Sociedad Química Estadounidense (2023). DOI:10.1021/jacs.3c08909
Información de la revista: Revista de la Sociedad Química Estadounidense
Proporcionado por la Universidad de Hokkaido
