Le auto molecolari sono note da tempo, ma gli scienziati del Van 't Hoff Institute for Molecular Sciences (HIMS) dell'Università di Amsterdam e dell'Università di Murcia hanno ora sintetizzato molecole che funzionano come i pedali di una bicicletta. Alimentato dalla luce, le molecole possono essere utilizzate come interruttori molecolari che aprono la strada alla progettazione di sistemi molecolari funzionali efficaci sotto severe restrizioni spaziali.
La ricerca apparirà nel prossimo numero di stampa di Angewandte Chemie Edizione Internazionale (da pubblicare il 12 febbraio). L'illustrazione in copertina sottolinea l'importanza dell'opera.
Le molecole che possono essere commutate dalla luce per cambiare la loro struttura sono elementi fondamentali per la nanotecnologia molecolare fotoreattiva. Uno dei principali svantaggi di molti interruttori molecolari attualmente disponibili è che richiedono un volume libero relativamente grande per invertire tra i loro due stati strutturali. Esempi prototipici sono molecole in cui si verifica l'isomerizzazione di un doppio legame, come le molecole del rotore del premio Nobel Ben Feringa. In molte applicazioni pratiche, per esempio nella catalisi, somministrazione di farmaci o computer molecolari, semplicemente non c'è abbastanza spazio per un movimento così ampio. Trovare nuovi motivi chimici che consentano la commutazione utilizzando solo il minimo indispensabile di volume è quindi di grande rilevanza per questo campo in rapida crescita.
Recentemente, Il prof. Jose Berna dell'Università di Murcia ha proposto una nuova classe di interruttori molecolari a base di azodicarbossammide. Questi sono derivati da una modifica della frazione azo nell'azobenzene, uno dei componenti più ampiamente utilizzati nei materiali "commutabili alla luce". Poiché i nuovi sistemi, contrariamente agli azobenzeni, non sono più planari, ci si aspettava che mostrassero diversi tipi di movimento dopo l'irradiazione con la luce. Fino ad ora, però, gli studi sul movimento effettivo in atto rimasero fuori portata.
Per studiare l'esatta modalità di funzionamento degli interruttori molecolari a base di azodicarbossammide, Il Dr. Saeed Amirjalayer dell'Università di Amsterdam ha deciso di misurare le loro frequenze vibrazionali utilizzando impulsi estremamente brevi di luce infrarossa (con una durata inferiore a un trilionesimo di secondo). Queste frequenze sono un'impronta digitale della struttura molecolare e quindi offrono un mezzo diretto per stabilire esattamente come la molecola cambia la sua struttura dopo essere stata attivata dalla luce.
Come si è scoperto, questi interruttori mostrano effettivamente un meccanismo di commutazione completamente diverso rispetto agli interruttori standard. Laddove questi ultimi mostrano una rotazione su larga scala attorno a un legame, le nuove molecole funzionano come il movimento centrale ei pedali di una bicicletta. Loro non, però, eseguire una rotazione completa, ma vai avanti e indietro. Utilizzando calcoli chimici quantistici avanzati è stato stabilito che le molecole diventano planari per assorbimento della luce e tornano indietro quando ritornano al loro stato fondamentale.
La caratteristica sorprendente del movimento del pedalò è che è accompagnato da spostamenti minimi degli atomi coinvolti. La molecola rimane quindi più o meno fissa nello spazio e necessita solo di un volume di commutazione minimo. Ciò offre opportunità per applicazioni in cui il movimento a livello molecolare è fortemente limitato, come allo stato solido, sulle superfici, o su inclusione in polimeri.
