Pesquisadores da Universidade de Bonn desenvolveram uma estrutura molecular que pode cobrir superfícies de grafite com um mar de minúsculos "mastros de bandeira". As propriedades deste revestimento são altamente variáveis. Pode fornecer uma base para o desenvolvimento de novos catalisadores. Os compostos também podem ser adequados para medir as propriedades nanomecânicas de proteínas. Os resultados foram publicados online com antecedência na revista Angewandte Chemie . Agora foi publicada a edição impressa, que mostra uma parte do mar de bandeiras como imagem de capa.
O bloco de construção básico da cobertura da superfície é um grande anel molecular. É estabilizado por dentro por raios e, portanto, tem uma certa semelhança com uma estrela da Mercedes. Além disso, o anel tem três bracinhos que apontam para fora. Cada um deles pode agarrar o braço de outro anel. Isso permite que as moléculas se unam para formar um enorme tecido semelhante a uma folha sem qualquer intervenção externa. Para isso, basta mergulhar um pedaço de grafite (que é o material de que são feitas as minas de lápis, por exemplo) em uma solução desses anéis. Como por mágica, eles cobrem a superfície de grafite com uma estrutura semelhante a uma rede em pouco tempo.

O tamanho da malha da rede pode ser ajustado com precisão alterando o comprimento dos braços. O verdadeiro destaque do revestimento, no entanto, está em outra opção de modificação:"Podemos anexar pequenos postes de diferentes comprimentos ao centro dos anéis", explica o Prof. Dr. Sigurd Höger do Instituto Kekulé de Química Orgânica e Bioquímica da Universidade de Bona. Ele liderou o estudo junto com o Dr. Stefan-Sven Jester (também Kekulé Institute) e o Prof. Dr. Stefan Grimme do Centro Mulliken de Química Teórica. "Podemos, por sua vez, anexar outras moléculas a eles, como bandeiras a um mastro."

Um mar de bandeiras em miniatura

As distâncias entre os pólos são tão grandes que mesmo moléculas muito volumosas podem ser presas às suas pontas sem atrapalhar umas às outras. Eles são então mantidos no lugar pelos mastros de um lado, mas ao mesmo tempo são livres para se mover como uma bandeira ao vento. Além disso, eles são facilmente acessíveis a substâncias na solução e podem reagir com elas. "Isso pode permitir que novos catalisadores sejam realizados", especula Höger. "Potencialmente, isso permitirá reações químicas que antes eram inviáveis ​​ou só possíveis com grande esforço."

Quaisquer moléculas podem, em princípio, ser anexadas às pontas dos mastros. No futuro, isso também deve permitir, por exemplo, medir as propriedades nanomecânicas das proteínas. Para fazer isso, a molécula de proteína seria segurada pelo mastro da bandeira e depois separada com uma espécie de "braço de garra". "As proteínas consistem em filamentos longos, mas a maioria deles é dobrada em uma esfera compacta, o que lhes confere sua forma característica", diz Höger. "As forças em ação na formação deste último podem ser determinadas com mais precisão por tais experimentos."

No laboratório do Dr. Jester, as moléculas produzidas por Höger e seus colaboradores foram depositadas em grafite e examinadas com um microscópio de tunelamento. Além disso, os padrões de superfície das moléculas sinalizadoras também foram simulados no computador. "Isso nos permitiu mostrar que as moléculas realmente se organizam e se comportam exatamente como previsto por nossos conceitos e pela teoria", explica Jester, que, como Höger e Grimme, é membro da Área de Pesquisa Transdisciplinar "Building Blocks of Matter and Fundamental Interações" (TRA Matter) na Universidade de Bonn.

Simular a dinâmica de moléculas tão grandes e complexas requer enormes recursos computacionais. Nos últimos anos, o grupo de pesquisa do Prof. Grimme desenvolveu métodos sofisticados que, no entanto, tornam isso possível. "Podemos usar esses métodos, por exemplo, para distinguir entre moléculas amarradas de maneira flexível e rígida na simulação e prever seu comportamento", explica Grimme.

Entre outras moléculas, a equipe de Bonn anexou uma estrutura semelhante a uma bola de futebol aos mastros, o chamado fulereno. Lá ele foi capaz de balançar livremente em torno do topo de cada mastro preso por uma espécie de nano-cordão. "Nós podemos realmente ver esse movimento dos fulerenos, previsto por simulações de computador, em nossas imagens de microscópio de tunelamento", diz Jester. Isso ocorre porque as imagens das bolas de futebol moleculares não são nítidas, mas borradas:muito parecido com fotografar uma bola real em uma corda movendo-se para frente e para trás ao vento com pouca luz. Moléculas de referência rigidamente fixadas, por outro lado, são claramente visíveis nas imagens do microscópio de tunelamento. + Explorar mais

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