Kemikere opnår hidtil uset molekylært tredobbelthop med multi-ringede metalkomplekser

I årtier, Texas A&M University -kemiker Dr. John A. Gladysz har blandet metaller og kulstof for at skabe nye molekyler, fra verdens længste molekyltråde til mikroskopiske gyroskoper, der kan styres af burstørrelse, molekylær adgang og endda fremskridt mod ensrettet rotation via ekstern elektrisk feltmanipulation.

I en seneste præstation, Gladysz og hans forskningsgruppe har lavet en ny type molekylær rotor, der viser løfte om fremtidig udvikling som en funktionel molekylær maskine, der er i stand til at manipulere stof på atom- og subatomære niveauer og transformere flere grene af kemi, sammen med utallige relaterede sektorer og industrier.

Texas A&M kemi ph.d. kandidater Andreas Ehnbom og Sugam Kharel, postdoktorale forskere Dr. Tobias Fiedler og Dr. Hemant Joshi, og X-Ray Diffraction Laboratory assisterende leder Nattamai Bhuvanesh slutter sig til Gladysz som medforfattere i National Science Foundation-finansieret arbejde, detaljeret i omslagshistorien til denne uges udgave af Journal of the American Chemical Society .

Gladysz-gruppen brugte en metode kaldet olefinmetatese anerkendt med Nobelprisen i kemi i 2005 til at syntetisere en række platinkomplekser med makrocykliske ringligander, der kan vende kerneplatinumatomet i en konformationsændring, der minder om dobbelt-hollandsk rebspring. Forskerne overvandt betydelige syntetiske udfordringer for at opnå hidtil usete molekylære bevægelser, ofte centreret om en kernerotation, der fremkalder et tredobbelt akselskøjteløb.

Ud over at karakterisere de nye molekyler ved hjælp af forskellige fysiske metoder, forskerne brugte beregningsmetoder, der er tilgængelige via Laboratory for Molecular Simulation (LMS) samt supercomputing og dataanalyse-teknologi via Texas A&M High Performance Research Computing for yderligere at forstå de bevægelser, disse molekyler kan undergå.

"Lignende forbindelser er blevet rapporteret før, men med kun en makrocyklisk ring, sagde Ehnbom, der udover Gladysz også arbejder med Texas A&M teoretisk kemiker og LMS -direktør Dr. Michael B. Hall.

"Vores har tre ringe og kan derfor gennemgå en 'triple-jump-rope' mekanisme, som er uden fortilfælde, "Tilføjede Joshi.

Molekylære maskiner - små strukturer med kontrollerbare bevægelser, der kan udføre en række opgaver, når der tilføjes energi til ligningen - gjorde store fremskridt og overskrifter som genstand for Nobelprisen i kemi 2016. Så alsidige som de er mægtige, disse enheder kan muligvis anvendes som molekylære switches og motormolekyler og derefter anvendes til fremstilling af nanoelektroniske enheder, nanoelektromekaniske systemer (NEMS) og lægemiddelleveringssystemer med et hvilket som helst antal potentielle anvendelser inden for kemi, materialevidenskab og teknik, industri og medicin.

"Forskere har forfulgt syntesen af ​​molekyler med arkitekturer, der muliggør kontrollerede bevægelser i meget lang tid, og det er et stadig mere aktivt forskningsfelt, som det fremgår af Nobelprisen 2016, "Sagde Gladysz." Ved hjælp af sådanne molekyler, det bør være muligt at designe og udvikle funktionelle molekylære maskiner, der er i stand til at manipulere stof på atomniveau, hvilket ville være revolutionerende. Vi er stadig langt fra at nå dette mål, men nu, vi er et skridt tættere på. "

Ehnbom bemærker, at et vigtigt næste trin vil være at finde ud af, hvordan man styrer bevægelsen af ​​deres forbindelser, som i øjeblikket er tilfældig, ikke ulig den for virkelige motorer og motorer. Teamet planlægger at bruge state-of-the-art beregningsmodeller til at simulere sådan rotation, derved få en bedre forståelse af de faktorer, der styrer det for yderligere at finpudse deres design, fra efterfølgende rotorer til forsøg. Trods alt, fremtiden - og gennemførlig anvendelse - afhænger af den.

"Hvis det nogensinde lykkes for forskere at syntetisere funktionelle molekylære maskiner, mulighederne er uendelige og spænder fra transport på molekylært niveau, eller levering af medicin i kroppen, til manipulation af mikroskopiske strukturer, eller syntese af kemikalier, til databehandling og opbevaring, "tilføjede Kharel, der netop afsluttede sin Texas A&M Ph.D.

Holdets papir, "Tredobbelt intramolekylær ring, der lukker alkene, metater af firkantede plane komplekser med cis-fosfor-donorligander P (X (CH2) mCH =CH2) 3 (X =-, m =5-10; X =O, m =3-5):Synteser, Strukturer, og termiske egenskaber ved makrocykliske Dibridgehead Diphosphorus -komplekser, "kan ses online sammen med relaterede figurer og billedtekster.