2023 Autor: Bryan Walter | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-05-24 23:09
Das von den Autoren umgesetzte Konzept der "Molekülpumpe"
Amerikanische Chemiker haben ein ausgedehntes Molekül entwickelt und synthetisiert, das in der Lage ist, andere geladene Moleküle selbst gegen einen Konzentrationsgradienten entlang sich selbst zu bewegen. Die Studie ist in der Zeitschrift Nature Nanotechnology erschienen und kann kurz im Blog der Royal Society of Chemistry nachgelesen werden.
Die Autoren der Arbeit haben es sich zur Aufgabe gemacht, Rotaxan zu erhalten, bei dem sich mehrere zyklische positiv geladene Moleküle - "Ringe" - an einem Strang befinden. Die Schwierigkeit bei dieser Aufgabe besteht darin, dass sich die positiv geladenen Ringe nach dem Coulomb-Gesetz gegenseitig abstoßen, was bedeutet, dass es immer schwieriger wird, jedes nächste Molekül an die Kette zu bringen. Um dieses Problem zu lösen, griffen die Autoren auf molekulares Design zurück.
Das von Chemikern synthetisierte "Pumpen"-Molekül besteht aus vier funktionellen Teilen, die durch Kohlenstoffketten verbunden sind. Der erste Teil spielt die Rolle eines Stoppers, der positiv geladene Teilchen abstößt, gefolgt von einem Fragment, das unter bestimmten Bedingungen einen "Ring" an sich ziehen kann. Der dritte Teil ist ein weiterer Stopper, der vom Molekül unter Hitzeeinwirkung überwunden wird, woraufhin sich ein weiterer Stopper an der langen Kette befindet, der größer ist als der Durchmesser des Lochs im "Ring".
Aus experimenteller Sicht sieht das „Aufsetzen“eines „Rings“sehr einfach aus: Chemiker fügten einer Lösung aus „Ringen“und „Pumpen“zunächst feines Zinkpulver und dann nach 10 Minuten eine kleine Menge hinzu eines Oxidationsmittels (NOPF6). Anschließend wurde die Reaktionsmischung erhitzt - das Ergebnis war ein Faden mit einem aufgesetzten "Ring". Um den zweiten "Ring" anzulegen, wurde dem Gemisch eine zusätzliche Menge zyklischer Moleküle zugesetzt und die Aktionsfolge wiederholt.
Die Struktur des "Pumpenmoleküls" mit zwei "Ringen" aufgesetzt. Unten ist das NOESY-NMR-Spektrum, das es ermöglicht zu bestimmen, welche der Wasserstoffatome in der Struktur miteinander wechselwirken. Dies ist in diesem Fall die wichtigste Forschungsmethode, um die Bildung von Rotaxanen nachzuweisen.
Derzeit arbeiten Wissenschaftler daran, die Zahl der zyklischen Moleküle, die die „Pumpe“an sich festhalten kann, weiter zu erhöhen. Ein wichtiger Schritt ist das Design der Molekülstruktur selbst, mit der Sie die Bewegung einzelner Moleküle steuern können. Die Autoren vergleichen ihr vorgeschlagenes System mit Molekularpumpen in einer lebenden Zelle. Es ist viel einfacher als Proteinkomplexe, die Ionen in Zellen transportieren, aber es hat offensichtliche Einschränkungen in seiner Leistung.
