Os carros moleculares são conhecidos há algum tempo, mas cientistas do Instituto Van 't Hoff de Ciências Moleculares (HIMS) da Universidade de Amsterdã e da Universidade de Murcia já sintetizaram moléculas que operam como os pedais de uma bicicleta. Alimentado por luz, as moléculas podem ser usadas como interruptores moleculares que abrem o caminho para o projeto de sistemas moleculares funcionais eficazes sob severas restrições espaciais.
A pesquisa aparecerá na próxima edição impressa da Angewandte Chemie International Edition (a ser publicado em 12 de fevereiro). A ilustração da capa que acompanha destaca a importância do trabalho.
Moléculas que podem ser trocadas pela luz para mudar sua estrutura são os principais blocos de construção para a nanotecnologia molecular fotorresposta. Uma grande desvantagem de muitos interruptores moleculares disponíveis atualmente é que eles requerem um volume livre relativamente grande para reverter entre seus dois estados estruturais. Exemplos prototípicos são moléculas em que ocorre a isomerização de uma ligação dupla, como as moléculas do rotor do Prêmio Nobel Ben Feringa. Em muitas aplicações práticas, por exemplo, em catálise, entrega de drogas ou computadores moleculares, simplesmente não há espaço suficiente para esse movimento em grande escala. Encontrar novos motivos químicos que permitem a troca usando apenas o mínimo de volume é, portanto, de grande relevância para este campo emergente rapidamente.
Recentemente, O Prof. Jose Berna, da Universidade de Murcia, propôs uma nova classe de comutadores moleculares baseados em azodicarboxamida. Estes são derivados de uma modificação da porção azo no azobenzeno - um dos componentes mais amplamente empregados em materiais 'comutáveis por luz'. Uma vez que os novos sistemas - em contraste com os azobenzenos - não são mais planos, esperava-se que exibissem diferentes tipos de movimento ao serem irradiados com luz. Até agora, Contudo, estudos do movimento real ocorrendo permaneceram fora de alcance.
Para investigar o modo exato de operação dos interruptores moleculares baseados em azodicarboxamida, O Dr. Saeed Amirjalayer, da Universidade de Amsterdã, começou a medir suas frequências vibratórias usando pulsos extremamente curtos de luz infravermelha (com duração de menos de um trilionésimo de segundo). Essas frequências são uma impressão digital da estrutura molecular e, portanto, oferecem um meio direto de estabelecer exatamente como a molécula muda sua estrutura após ser ativada pela luz.
Como se viu, esses interruptores realmente exibem um mecanismo de chaveamento que é completamente diferente quando comparado aos interruptores padrão. Onde o último exibe rotação em grande escala em torno de uma ligação, as novas moléculas funcionam como o suporte inferior e os pedais de uma bicicleta. Eles não, Contudo, execute uma rotação completa, mas vá para frente e para trás. Usando cálculos químicos quânticos avançados, foi estabelecido que as moléculas se tornam planas pela absorção de luz e voltam ao estado inicial.
A característica marcante do movimento do pedalinho é que ele é acompanhado por deslocamentos mínimos dos átomos envolvidos. A molécula, portanto, permanece mais ou menos fixa no espaço e precisa apenas de um volume mínimo de comutação. Isso oferece oportunidades para aplicações onde o movimento em nível molecular é fortemente restrito, como no estado sólido, nas superfícies, ou por incorporação em polímeros.
