p A visão do futuro da miniaturização produziu uma série de motores moleculares sintéticos que são acionados por uma variedade de fontes de energia e podem realizar vários movimentos. Um grupo de pesquisa da Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) agora conseguiu controlar uma reação de catálise usando um motor controlado por luz. Isso nos leva um passo mais perto de concretizar a visão de uma nano fábrica em que combinações de várias máquinas trabalham juntas, como é o caso das células biológicas. Os resultados foram publicados no Jornal da American Chemical Society . p As leis da mecânica nem sempre podem ser aplicadas

p Por definição, um motor converte energia em um tipo específico de energia cinética. Em um nível molecular, por exemplo, a proteína miosina pode produzir contrações musculares usando energia química. Essas nanomáquinas agora podem ser produzidas sinteticamente. Contudo, as moléculas usadas são muito menores do que as proteínas e significativamente menos complexas.

p "As leis da física mecânica não podem ser aplicadas simplesmente ao nível molecular, "diz o Prof. Dr. Henry Dube, Cadeira de Química Orgânica I da FAU. Inércia, por exemplo, não existe neste nível, ele explica. Disparado por movimento browniano, as partículas estão constantemente em movimento. "Ativar um motor giratório não é suficiente, você precisa incorporar um tipo de mecanismo de catraca que o impede de girar para trás, " ele explica.

p Em 2015, enquanto estava na LMU em Munique, O Prof. Dube e sua equipe desenvolveram um motor molecular particularmente rápido, movido pela luz visível. Em 2018, eles desenvolveram o primeiro motor molecular que é movido exclusivamente pela luz e funciona independentemente da temperatura ambiente. Um ano depois, eles desenvolveram uma variante capaz não apenas de rotação, mas também de realizar um movimento em forma de oito. Todos os motores são baseados na molécula de hemitioíndigo, uma variante assimétrica do corante índigo natural, onde um átomo de enxofre toma o lugar do átomo de nitrogênio. Uma parte da molécula gira em várias etapas na direção oposta à outra parte da molécula. As etapas movidas a energia são acionadas pela luz visível e modificam as moléculas de modo que as reações reversas sejam bloqueadas.

p Catalisadores padrão em uso

p Depois de vir para a FAU, Henry Dube usou o motor giratório desenvolvido em 2015 para controlar um processo químico separado pela primeira vez. Ele se move em quatro etapas em torno da ligação dupla de carbono do hemitioíndigo. Duas das quatro etapas desencadeadas por uma foto-reação podem ser usadas para controlar uma reação de catálise. "A luz verde gera uma estrutura molecular que liga um catalisador ao hemitioíndigo e a luz azul libera o catalisador, "explica o químico.

p É usado um catalisador padrão que não contém nenhum átomo de metal. Usando forças eletrostáticas, o catalisador se conecta por meio de uma ligação de hidrogênio a um átomo de oxigênio na "molécula do motor." Todos os catalisadores que usam uma ligação de hidrogênio podem ser usados, em princípio. “A grande vantagem do hemitioíndigo é que sua estrutura inata possui um mecanismo de ligação para catalisadores, "explica o Prof. Dube. Caso contrário, teria que ser adicionado usando síntese química.

p A rotação do motor do hemitioindigo é controlada pela luz visível. Ao mesmo tempo, o sistema permite a liberação direcionada e a ligação de um catalisador que acelera ou desacelera as reações químicas desejadas. "Este projeto é um passo importante para a integração de motores moleculares em processos químicos de forma simples e de várias maneiras, "diz o Prof Dube." Isso nos permitirá sintetizar medicamentos complexos em um alto nível de precisão usando máquinas moleculares como uma linha de produção no futuro. "