Молекулярные двигатели – это химические соединения, которые преобразуют энергию в направленные движения. Например, можно заставить заместитель, присоединенный к определенной химической связи, вращаться в одном направлении при воздействии света определенной длины волны.
Поэтому молекулы такого типа представляют большой интерес как движущие силы для наномашин. Однако, чтобы выполнять полезную работу, эти двигатели должны быть интегрированы в более крупные сборки таким образом, чтобы их механические движения могли быть эффективно связаны с другими молекулярными единицами. Пока эта цель остается недостижимой.
Химик ЛМУ д-р. Генри Дьюб – известный специалист в области молекулярных двигателей. Теперь он и его команда сделали важный шаг к достижению этой цели. Как они сообщают в журнале Angewandte Chemie, им удалось связать однонаправленное движение химического двигателя с блоком приемника и продемонстрировать, что двигатель может не только заставлять приемник вращаться в том же направлении, но в то же время значительно ускорять его. вращение.
Молекулярный двигатель в установке Дьюба основан на молекуле гемитиоиндиго, которая содержит подвижную двойную углеродную связь (-C = C-). Когда соединение подвергается воздействию света определенной длины волны, эта связь вращается в одном направлении. «В статье, опубликованной в 2018 году, мы смогли показать, что это направленное вращение двойной связи может быть передано с помощью молекулярного« кабеля »на вращение одинарной углеродной связи вторичной молекулярной единицы."говорит Дубе. "Эта одинарная связь сама по себе вращается случайным образом под влиянием колебаний температуры. Но, благодаря физическому соединению между ними, однонаправленное движение двигателя со световым приводом передается на одинарную связь, которая вынуждена вращаться в том же направлении."
Чтобы убедиться, что «моторизованная» связь активно управляет движением одинарной связи, а не просто изменяет ее направление вращения, Дуб и его коллеги добавили в систему тормоз, который уменьшал тепловое движение одинарной связи. Модификация гарантировала, что двигатель должен будет расходовать энергию, чтобы преодолеть эффект тормоза, чтобы заставить одинарную связь вращаться. «Этот эксперимент позволил нам подтвердить, что двигатель действительно определяет скорость вращения одинарной связи – и фактически увеличивает ее на несколько порядков», – объясняет Дьюб.
Взятые вместе, эти результаты дают беспрецедентно подробное представление о режиме работы интегрированной молекулярной машины.
Кроме того, экспериментальная установка позволила авторам количественно оценить потенциальную энергию, доступную для выполнения полезной работы, тем самым дав первое указание на то, сколько работы может эффективно быть выполнено одним молекулярным двигателем в реальных условиях. «Наша следующая задача будет заключаться в том, чтобы продемонстрировать, что энергия, передаваемая в этой системе, действительно может быть использована для выполнения полезной работы в молекулярном масштабе», – говорит Дубе.