De door licht aangedreven methode creëert een moleculaire fit die anders onmogelijk zou zijn

De door licht aangedreven methode creëert een moleculaire fit die anders onmogelijk zou zijn

Schematisch diagram van de zelfassemblage van cyclodextrine-azobenzeencomplexen in het donker en onder invloed van licht. De cirkels naast de structuren van de complexen vertegenwoordigen de relatieve overvloed van elk complex in het donker (in zwart, evenwichtsverdeling) en onder bestraling met zichtbaar licht met een golflengte van 453 nm (in geel). Krediet: Universiteit van Bologna

Door gebruik te maken van een ingenieuze combinatie van fotochemische (dwz door licht geïnduceerde) reacties en zelfassemblageprocessen is een team onder leiding van prof. Alberto Credi van de Universiteit van Bologna erin geslaagd een draadvormig molecuul in de holte van een ringvormig molecuul te plaatsen, volgens een hoogenergetische geometrie die niet mogelijk is bij thermodynamisch evenwicht. Met andere woorden: licht maakt het mogelijk een moleculaire ‘fit’ te creëren die anders ontoegankelijk zou zijn.

“We hebben aangetoond dat door het toedienen van lichtenergie aan een waterige oplossing kan worden voorkomen dat een moleculaire zelfassemblagereactie een thermodynamisch minimum bereikt, wat resulteert in een productverdeling die niet overeenkomt met die waargenomen bij evenwicht”, zegt Alberto Credi.

“Dergelijk gedrag, dat aan de basis ligt van veel functies in levende organismen, wordt slecht onderzocht in kunstmatige moleculen omdat het heel moeilijk te plannen en te observeren is. De eenvoud en veelzijdigheid van onze aanpak, samen met het feit dat zichtbaar licht – dat wil zeggen , zonlicht – een schone en duurzame energiebron is, stelt ons in staat ontwikkelingen op verschillende gebieden van de technologie en de geneeskunde te voorzien.”

De studie was gepubliceerd in het journaal Chem

De zelfassemblage van moleculaire componenten om systemen en materialen te verkrijgen met structuren op nanometerschaal is een van de basisprocessen van de nanotechnologie. Het maakt gebruik van de neiging van moleculen om te evolueren om een ​​toestand van thermodynamisch evenwicht te bereiken, dat wil zeggen van minimale energie.

Levende wezens functioneren echter door chemische transformaties die plaatsvinden buiten het thermodynamische evenwicht en kunnen alleen plaatsvinden door externe energie te leveren.

Het reproduceren van dergelijke mechanismen met kunstmatige systemen is een complexe en ambitieuze uitdaging die, als ze wordt aangegaan, de creatie van nieuwe stoffen mogelijk zou kunnen maken, die in staat zijn te reageren op stimuli en te interageren met de omgeving, die kunnen worden gebruikt om bijvoorbeeld slimme medicijnen en actieve medicijnen te ontwikkelen. materialen.

De moleculaire fit

De in elkaar grijpende componenten zijn cyclodextrinen, holle, in water oplosbare moleculen met een afgeknotte kegelvorm, en azobenzeenderivaten, moleculen die van vorm veranderen onder invloed van licht. In water leiden interacties tussen deze componenten tot de vorming van supramoleculaire complexen waarin de draadvormige azobenzeensoort in de cyclodextrineholte wordt ingebracht.

In deze studie bezit de draadvormige verbinding twee verschillende uiteinden; aangezien de twee randen van de cyclodextrine ook verschillend zijn, genereert het inbrengen van de eerste in de laatste twee verschillende complexen, die verschillen in de relatieve oriëntatie van de twee componenten.

Complex A is stabieler dan complex B, maar laatstgenoemde vormt zich sneller dan eerstgenoemde. Bij afwezigheid van licht wordt alleen het thermodynamisch favoriete complex, namelijk A, in evenwicht waargenomen.

Door de oplossing met zichtbaar licht te bestralen, verandert het azobenzeen van een uitgebreide configuratie, vergelijkbaar met cyclodextrine, naar een gebogen configuratie die niet compatibel is met de holte; Als resultaat dissocieert het complex. Hetzelfde licht kan het azobenzeen echter terugzetten van de gebogen naar de uitgestrekte vorm, en de gedissocieerde componenten kunnen weer in elkaar worden gezet.

Omdat complex B zich veel sneller vormt dan A, wordt onder continue verlichting een stabiele toestand bereikt waarin complex B het dominante product is. Zodra het licht wordt uitgeschakeld, keert het azobenzeen langzaam terug naar de uitgebreide vorm en na enige tijd wordt alleen het A-complex waargenomen.

Dit zelfassemblagemechanisme, gekoppeld aan een fotochemische reactie, maakt het mogelijk de energie van licht te benutten om onstabiele producten te accumuleren, waardoor de weg wordt vrijgemaakt voor nieuwe methodologieën voor chemische synthese en de ontwikkeling van dynamische moleculaire materialen en apparaten (bijv. nanomotoren) die werken onder niet-evenwichtsomstandigheden, vergelijkbaar met levende wezens.

De studie is het resultaat van een samenwerking tussen de afdelingen Industriële Chemie “Toso Montanari”, Chemie “Ciamician” en Landbouw- en Voedingswetenschappen en Technologie van de Alma Mater, de Universiteit van Coruña in Spanje en het Isof-Cnr-instituut in Bologna.

Meer informatie:
Door licht aangedreven ratelvorming van diastereomere gastheer-gastsystemen, Chem (2024). DOI: 10.1016/j.chempr.2024.11.013. www.cell.com/chem/fulltext/S2451-9294(24)00597-7

Tijdschriftinformatie:
Chem

Geleverd door de Universiteit van Bologna

Nieuwste artikelen

spot_img

Related Stories

Leave A Reply

Vul alstublieft uw commentaar in!
Vul hier uw naam in