26 мая 2017 Г. Нанотехнологии и наноматериалы Российские нанотехнологии STRF.RU регистрация вход

   
Приложение журнала «Российские нанотехнологии» для iPad
Главная / Новости и События / Все новости
Редколлегия
Контакты
Размещение рекламы
Партнёры
форум
В мире НАНО
Реклама

Открытый инновационный университет

Новости и События

Все новости

19.12.2016   Молекулярные машины

Нобелевская премия по химии в 2016 году присуждена за исследования молекулярных машин. Молекулярными машинами в биологии называют ферменты и белки. В рамках этих представлений считают, что клетка построена из молекулярных машин и производит молекулярные машины.

Главный редактор, академик РАН М.В. АЛФИМОВ

В химии представление о молекулярных машинах появилось относительно недавно и обозначает супрамолекулярную структуру, которая превращает поступающую в нее энергию в механическое перемещение одной из ее частей. Именно за создание таких молекулярных машин (Жан-Пьер Соваж и Фрэйзор Стоддарт) и демонстрацию их работы (Бернард Феринг) и была присуждена Нобелевская премия 2016 года.

Начало этих исследований лежит в работах по стереохимии, направленных на создание супрамолекулярных систем, в которых молекулы объединены не за счет химических связей или межмолекулярных взаимодействий, а продеты друг в друга, как два кольца в цепях. Эти соединения получили название – катенаны, и поиск синтетических подходов к созданию таких супрамолекулярных структур был начат давно и завершился успехом в 60-х годах прошлого столетия (Э. Вассерман и Г. Фриш, Г. Шилл и А. Люттрингхаус).

Ближайший родственник катенанов – супрамолекула, получившая название «ротаксан», была синтезирована в эти же годы (Г. Шиллом), и именно эта молекула открыла эру исследования молекулярных машин. В ротаксане две молекулы – одна имеет кольцевую структуры (30 атомов углерода), а вторая, продетая через кольцевую молекулу, представляет собой линейную структуру с объемными «трифенилметильными» концевыми группами.

Этим молекулярным машинам посвящено много исследований. Однако наиболее яркая демонстрация однонаправленного механического перемещения молекулы (вращения) была продемонстрирована Б. Ферингом (1999 г.) на примере классической для фотохимиков реакции транс-цис-изомеризации. Производные бис-хелицина, иммобилизованные на поверхности золотой частицы, заставили вращаться частицу при освещении молекул благодаря протекающей при этом реакции фотоизомеризации бис-хелицина.

Исследования супрамолекулярных систем – их структуры, свойств и процессов с их участием представлены широко в нашем журнале. С первых номеров журнала публикуются статьи и по супрамолекулярным машинам, роторам и ассамблерам. Публикации российских авторов по молекулярным машинам в нашем журнале относятся к синтезу, исследованию структуры и фотонике псевдоротаксановых комплексов кукурбитурила.

Новый тип созданных молекулярных машин1 представляет собой псевдоротаксановые комплексы фотоактивных молекул с кукурбитурилом. В водных растворах кукурбитурил («хозяин») образует за счет водородных связей прочные комплексы с производными дипиридилэтилена или дихинолинэтилена («гости»). При фотооблучении растворов комплексов светом в полосе поглощения «гостя» происходит транс-цис-изомеризация и в полости кукурбитурила вместо вытянутой молекулы образуется свернутая в структуру (цис-форма) меньшего пространственного объема (аналогично сжатию часовой пружины при заводе часов). Это можно рассматривать как процесс «сжатия» молекулы в полости кукурбитурила. Такой процесс обратимого «сжатия-растяжения» молекул «гостя» под действием света является моделью механического перемещения.

Если создать молекулу «гостя» с отличающимися спектрами поглощения транс- и цис-изомера и использовать для возбуждения свет соответствующих длин волн, то в такой системе можно реализовать циклический процесс изменения механических свойств молекул «гостя». Фотоуправление изменением положения молекулы «гостя» относительно полости «хозяина» наблюдали при исследовании2 кинетики фемтосекундной флуоресценции комплексов стирилового красителя с кукурбитурилом. При этом наблюдалось увеличение времени релаксации электронно-возбужденного состояния в комплексе по сравнению раствором.

Наблюдаемый эффект авторы связывают с различным геометрическим положением невозбужденного и возбужденного красителей в полости кукурбитурила. В возбужденном состоянии краситель смещен «в глубь» кукурбитурила и это приводит к более плотной упаковке красителя в полости кукурбитурила и торможению вращения красителя. При дезактивации возбужденного состояния краситель возвращается в начальное положение внутри полости, соответствующее равновесной геометрии. Наблюдаемый процесс напоминает линейное механическое перемещение поршня паровой машины и потому можно говорить о супрамолекулярной машине, совершающей «механическое» перемещение.

Присуждение Нобелевской премии привлекает, как правило, внимание  ученых и мы ожидаем в ближайшие годы роста числа публикаций в журнале по супрамолекулярным устройствам.

____________________________________

1 Громов С.П. и др. // Российские нанотехнологии. 2007. Т. 2. № 5–6.
2 Петров Н.Х. и др. // Российские нанотехнологии. 2015. T. 10. № 11–12.

Главный редактор, академик РАН М.В. АЛФИМОВ

Журнал «Российские нанотехнологии» №11–12 2016 год



обсудить публикацию

версия для печати



ай вао
Интервью

Композиты на острие 3D-принтинга


Учёные СПбПУ и Сколтеха разрабатывают «софт» и «железо» для трёхмерной печати композиционных изделий

читать полностью читать полностью




Acta Naturae



© ООО «Парк-медиа», 2007-2008

Разработка - Metric

Все права защищены
Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100