Com a ajuda de espectroscopia ultrarrápida e cálculos de mecânica quântica, Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU), em Munique, pesquisadores caracterizaram o ciclo rotacional completo do condutor de luz, molécula de motor químico hemitioindigo.

Químico Dr. Henry Dube, chefiando um Grupo de Pesquisa Emmy Noether Junior, desenvolveu uma máquina molecular baseada na molécula hemitioíndigo (HTI). Ele exibe movimento rotacional unidirecional sobre uma ligação química específica quando exposto à luz. Em colaboração com o Prof. Eberhard Riedle da BioMolekulare Optik e a física Regina de Vivie-Riedle, ele agora resolveu a dinâmica de todo o mecanismo de rotação. As descobertas aparecem no Jornal da American Chemical Society (JACS) .

O hemitioíndigo contém uma ligação dupla carbono-carbono central (C =C). Este tipo de vínculo é capaz de sofrer uma reversão, mudança estrutural dependente da luz, conhecida como fotoisomerização, que normalmente não é direcional. Em trabalhos anteriores, Dube mostrou que o HTI pode servir de base para um motor molecular cujo movimento pode ser controlado com precisão. No motor molecular baseado em HTI, uma sucessão de etapas de fotoisomerização e inversão de hélice térmica faz com que a ligação dupla central gire unidirecionalmente a uma taxa de até 1 kHz à temperatura ambiente. Enquanto a maioria dos outros motores químicos requerem luz ultravioleta de alta energia para alimentá-los, o motor HTI pode ser acionado com luz visível. Esse recurso estende sua gama de aplicação e aumenta seu potencial para uso em contextos biológicos e médicos.

A equipe já caracterizou a dinâmica da rotação unidirecional no motor HTI usando uma variedade de técnicas espectroscópicas ultrarrápidas para distinguir os estados intermediários no ciclo de rotação. Ao comparar esses resultados com cálculos mecânicos quânticos detalhados das possíveis vias de reação, eles foram capazes de construir um modelo quantitativo preciso da operação desta nanomáquina. Os resultados mostram que a rotação permanece unidirecional mesmo em temperatura ambiente, e revelar como a taxa de rotação pode ser atualizada de forma mais eficaz. O ciclo de rotação completo é resolvido em quatro estados conformacionais e de energia, e as probabilidades e taxas de transições entre eles foram determinadas pela primeira vez. As escalas de tempo relevantes para essas transições variam de picossegundos (10-12 s) a milissegundos (10-3 s). Todas as etapas relevantes foram monitoradas com sucesso espectroscopicamente nas mesmas condições, ou seja, em uma faixa que abrange nove ordens de magnitude.

"Nossa análise abrangente produz uma visão funcional sem precedentes sobre a operação de tais motores moleculares. Agora temos uma imagem completa do movimento rotacional desta molécula, que podemos explorar para desenvolver novas abordagens para o projeto de motores que fazem melhor uso da energia da luz e são, portanto, mais eficientes, "diz Dube.