Por décadas, O químico da Texas A&M University, Dr. John A. Gladysz, tem misturado metais e carbono para criar novas moléculas, desde os fios moleculares mais longos do mundo até giroscópios microscópicos controláveis ​​pelo tamanho da gaiola, acesso molecular e até mesmo progresso em direção à rotação unidirecional via manipulação de campo elétrico externo.

Em uma realização mais recente, Gladysz e seu grupo de pesquisa fizeram um novo tipo de rotor molecular que se mostra promissor para o desenvolvimento futuro como uma máquina molecular funcional capaz de manipular a matéria em níveis atômicos e subatômicos e transformar vários ramos da química, junto com uma miríade de setores e indústrias relacionados.

Texas A&M Química Ph.D. candidatos Andreas Ehnbom e Sugam Kharel, pesquisadores de pós-doutorado Dr. Tobias Fiedler e Dr. Hemant Joshi, e o gerente assistente do Laboratório de Difração de Raios X, Nattamai Bhuvanesh, juntam-se a Gladysz como co-autores no trabalho financiado pela National Science Foundation, detalhado na matéria de capa da edição desta semana do Jornal da American Chemical Society .

O grupo Gladysz usou um método chamado metátese de olefina, reconhecido com o Prêmio Nobel de Química de 2005, para sintetizar uma série de complexos de platina com ligantes de anel macrocíclicos que podem virar o átomo de platina central em uma mudança de conformação que lembra o salto duplo holandês. Os pesquisadores superaram desafios sintéticos significativos para alcançar movimentos moleculares sem precedentes, frequentemente centrado em uma rotação central que evoca um salto de patinação de eixo triplo.

Além de caracterizar as novas moléculas usando vários métodos físicos, os pesquisadores usaram métodos computacionais disponíveis através do Laboratório de Simulação Molecular (LMS), bem como tecnologia de supercomputação e análise de dados via Texas A&M High Performance Research Computing para entender melhor os movimentos que essas moléculas podem sofrer.

"Compostos semelhantes foram relatados antes, mas com apenas um anel macrocíclico, "disse Ehnbom, que, além de Gladysz, também trabalha com o químico teórico da Texas A&M e diretor do LMS, Dr. Michael B. Hall.

"Os nossos têm três anéis e, portanto, podem passar por um mecanismo de 'corda tripla', o que é sem precedentes, "Joshi acrescentou.

Máquinas moleculares - estruturas minúsculas com movimentos controláveis ​​que podem realizar uma variedade de tarefas quando a energia é adicionada à equação - fizeram grandes avanços e manchetes como o tema do Prêmio Nobel de Química de 2016. Tão versáteis quanto poderosos, esses dispositivos podem ser potencialmente empregados como interruptores moleculares e moléculas motoras e, em seguida, aplicados na fabricação de dispositivos nanoeletrônicos, sistemas nanoeletromecânicos (NEMS) e sistemas de entrega de drogas com qualquer número de aplicações potenciais em química, ciência e engenharia de materiais, indústria e medicina.

“Há muito tempo os cientistas buscam a síntese de moléculas com arquiteturas que permitem movimentos controlados, e é um campo de pesquisa cada vez mais ativo, conforme evidenciado pelo Prêmio Nobel de 2016, "Gladysz disse." Usando tais moléculas, deve ser possível projetar e desenvolver máquinas moleculares funcionais capazes de manipular a matéria em nível atômico, o que seria revolucionário. Ainda estamos longe de atingir esse objetivo, mas agora, estamos um passo mais perto. "

Ehnbom observa que um próximo passo importante será descobrir como controlar o movimento de seus compostos, que no momento é aleatório, não muito diferente dos motores e motores da vida real. A equipe planeja usar modelos computacionais de última geração para simular tal rotação, obtendo assim uma melhor compreensão dos fatores que o controlam para aprimorar ainda mais seu design, de rotores subsequentes para experimentos. Afinal, o futuro - e a aplicação viável - depende disso.

"Se os pesquisadores conseguirem sintetizar máquinas moleculares funcionais, as possibilidades são infinitas e variam de transporte em nível molecular, ou entrega de medicação dentro do corpo, à manipulação de estruturas microscópicas, ou síntese de produtos químicos, para processamento e armazenamento de dados, "acrescentou Kharel, que acabou de concluir seu doutorado em Texas A&M.

O papel da equipe, "Metáteses de Alceno de Fechamento de Anel Intramolecular Três de Complexos Planares Quadrados com Ligantes Doadores de Fósforo cis P (X (CH2) mCH =CH2) 3 (X =-, m =5–10; X =O, m =3–5):Sínteses, Estruturas, e Propriedades Térmicas de Complexos de Difósforo Dibridgehead Macrocíclicos, "pode ​​ser visualizado online junto com as figuras e legendas relacionadas.