Manuskriptet beskriver hur att syntetisera och ympa en molekylär motor på ytor för enstaka molekylär avbildning.
Design och syntes av ett syntetiskt system som syftar till direkt visualisering av en syntetisk rotationsmotor på nivån enda molekyl på ytor demonstreras. Detta arbete kräver noggrann design, betydande syntetiska ansträngning och ordentlig analys. Den roterande rörelsen av molekylär motorn i lösning framgår av 1H NMR och UV-vis absorption spektroskopi tekniker. Dessutom beskrivs metoden att ympa motorn på en amine-belagd kvarts. Denna metod hjälper till att få mer insikt i molekylära maskiner.
I levande organismer finns det rikligt molekylära motorer fungerar för att upprätthålla dagliga liv. De har möjlighet att utföra olika uppgifter som bränsleproduktion, transport, rörlighet, etc.1. Teckning från inspiration av dessa fascinerande exempel i naturen, har forskare utvecklat en serie av konstgjorda molekylära motorer under de senaste årtiondena att omvandla olika typer av energi till kontrollerad rörelse på molekylär nivå2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10. Nobelpriset i kemi under 2016 tilldelades tre pionjärer på detta område. Ben Feringa, en av pristagarna, har utvecklat den ljus-driven molekylär motor som kan genomgå fortlöpande enkelriktad roterande rörelse.
Dock på en molekylär nivå är Brownsk rörelse, även känd som slumpmässig rörelse på grund av molekylär kollisioner och vibrationer, oftast det största hindret för ytterligare tillämpning av dessa molekylära motorer. Brownsk rörelse kan störa någon riktad rörelse. Begränsa den molekylära motorer på ytor kan vara en av alternativ för att lösa detta problem. På så sätt konverteras relativ rotation av en del av molekylen med avseende på den andra till absoluta rotation av rotorn i förhållande till yta11. Dessutom kan användningen av den enda molekylär imaging tekniken hjälpa visualisera rörelse. Därför hjälper de resultaten av detta arbete för att få mer insikt i de syntetiska molekylär motorn.
Den banbrytande arbete Yoshida och Kinosita (figur 2a)12,13 har tjänat som inspiration till designen i den nuvarande arbete, som visas i figur 2b. Den nedre halvan av en ljus-driven molekylär motor är kopplad till en yta för att fungera som statorn. Å rotor är functionalized med styva arm och fluorescerande etikett. När du tillämpar två olika bestrålning våglängder till systemet, utlöser en rotation av motorn, medan andra kommer att uppväcka fluorescerande etiketten. I princip utlöser den roterande rörelsen å rotor rotation av fluorescerande gruppen. Rotation av fluorescerande etiketten kan därför följas av oskärpa wide-fältet fluorescensmikroskopi. Denna metod erbjuder, för första gången, en metod för att omvandla relativ rotation av en molekylär motor till absoluta rotation, och därför ett sätt att visualisera rotation av en syntetisk motor.
Denna artikel finns information om design, totala syntesen och lösning isomerization studier av en molekylär motor som används för enstaka molekylär avbildning. Molekylär struktur visas i figur 3. Dessutom beskrivs metoden att fästa molekylära motorer på kvarts yta.
Projektet innebär en betydande mängd syntetiska arbete; Därför är det mest kritiska steget organisk syntes mot slutliga molekylen. Bland den totala syntesen är Barton-Kellogg reaktion det viktigaste steget, eftersom det är reaktionen där centrala dubbelbindningen molekylär motorn bildas. För närvarande har flera metoder använts för att bilda dessa typer av strukturer. Här diazo-thioketone koppling används, och de övre och undre halvorna har upprättats som de diazo och thioketone föreningarna, respektive. Thioketone och diazoföreningar är oftast inte stabil under luft; reaktionen kräver därför snabb drift under en strikt inert atmosfär.
Befintliga metoder för att begränsa molekylära motorer på ytor är mestadels baserade på bipodal system. Dock var de isomerization processerna av tidigare designat bipodal motorer skymd på grund av intermolekylära växelverkningar. Några av de bipodal exempel kräver dessutom ytterligare aktivering före fastsättning. Den nuvarande metoden utför detta på ett tetrapodal sätt, som ger robust fastsättning av motorn på ytor med tillräckligt isolerat utrymme.
En begränsning med denna metod är valet av fluorescerande tagg. Endast färgämnen med specifika våglängder tillåts, eftersom rotation av motor utlöses av 365 nm våglängd och bör således inte vara överlappad. Dessutom kräver syntetiska rutten sysselsatt i protokollet beskrivs mot målmolekylen flera steg där hårda villkor krävs för slutförande av reaktionen. I framtiden, behövs förmodligen en mer lättköpt syntetiska design krävs en mer avancerad molekyl för enstaka molekylär avbildning.
Sammanfattningsvis, beskrivs design och syntes av en mycket functionalized ljus-driven molekylär motor för första gången. Vissa detaljer i den syntetiska insatsen diskuteras, liksom. Dessutom demonstreras metoder att ympa motorn på en kvarts bild yta, och provet kan testas ytterligare för visualisering av enda molekylär rörelse14.
The authors have nothing to disclose.
Detta arbete stöddes ekonomiskt av den nederländska organisationen för vetenskaplig forskning (NWO-CW), Europeiska forskningsrådet (ERC, avancerade grant nr 694345 till B.L.F.), och ministeriet för utbildning, kultur och vetenskap (Gravitation program nr. 024.001.035).
NMR spectrometer | Varian | AMX400 | for proton nmr study |
Reagent for organic reactions | Sigma | analytical grade | reagent for organic reactions |
Silica gel | Merck | 230-400 mesh ASTM | Flash chromatography |
Solvent | Acros | spectrophotometric grade | Flash chromatography |
UV lamp | ENB | 280C | for UV-vis irradation |
UV-vis absorption spectrophotometer | JASCO | V-630 | UV-vis measurment |