Çmimi Nobel në Kimi u jepet shpikësve të nanommakinave. Çmimi Nobel në Kimi është marrë nga tre shkencëtarë për zhvillimin e makinave molekulare Laureat i Çmimit Nobel në Kimi

Ceremonia vjetore e shpalljes së laureatëve u mbajt në Stokholm Çmimi Nobel në Kimi.

Më 5 tetor 2016 u shpallën emrat e laureatëve të Çmimit Nobel 2016 në Kimi. Ata u bënë francez Jean-Pierre Suvage(Jean-Pierre Sauvage), skocez amerikan James Fraser Stoddart(Fraser Stoddart) dhe holandezi Bernard Feringa(Bernard Feringa).

Formulimi i çmimit: " Për projektimin dhe sintezën e makinave molekulare«.

Makinat molekulare janë pajisje që manipulojnë atome dhe molekula të vetme. Ata mund t'i transferojnë ato nga një vend në tjetrin, t'i afrojnë në mënyrë që të krijohet një lidhje kimike midis tyre ose t'i ndajnë ato në mënyrë që lidhja kimike të prishet. Madhësia e një makine molekulare nuk mund të jetë shumë e madhe. Zakonisht është në rendin e disa nanometrave.

Ndër premtuesit drejtimet e aplikimit makina të tilla janë kirurgjia molekulare, shpërndarje e synuar e barnave (për shembull, thellë në një tumor kanceroz, ku barnat konvencionale vështirë depërtojnë), korrigjimi i funksioneve biokimike të dëmtuara të trupit.

Sipas një njoftimi për shtyp nga Akademia Mbretërore Suedeze e Shkencave, hapi i parë drejt një makinerie molekulare është Profesor Jean-Pierre Sauvage bëri në vitin 1983 kur ai shkriu me sukses dy molekula në formë unaze për të formuar një zinxhir të njohur si catenan. Zakonisht, molekulat lidhen me lidhje të forta kovalente, në të cilat atomet ndajnë elektrone, por në këtë zinxhir ato lidhen me një lidhje mekanike më të lirshme. Që një makinë të kryejë një detyrë, ajo duhet të përbëhet nga pjesë që mund të lëvizin në lidhje me njëra-tjetrën. Dy unaza të lidhura plotësojnë plotësisht këtë kërkesë.

Hapi i dytë është ndërmarrë Fraser Stoddart në 1991 kur ai zhvilloi rotaxane (një lloj strukture molekulare). Ai preu një unazë molekulare në një bosht të hollë molekular dhe tregoi se kjo unazë mund të lëvizë përgjatë boshtit. Rotaksanet janë baza për zhvillime të tilla si ngritja molekulare, muskujt molekularë dhe një çip kompjuterik i bazuar në një molekulë.

A Bernard Feringa ishte personi i parë që zhvilloi një motor molekular. Në vitin 1999, ai mori një teh molekular të rotorit që rrotullohej vazhdimisht në një drejtim. Duke përdorur motorë molekularë, ai rrotulloi një cilindër xhami që ishte 10 mijë herë më i madh se motori, dhe shkencëtari gjithashtu zhvilloi një nanomakinë.

Laureatët e vitit 2016 do të ndajnë paratë e çmimit në pjesë të barabarta në shumën prej 8 milion SEK (afërsisht 933.6 mijë dollarë).

Çmimi i parë Nobel në Kimi në vitin 1901 mori Jacob Hendrik Van't Hoff në njohjen e rëndësisë së madhe të zbulimit të ligjeve të dinamikës kimike dhe presionit osmotik në tretësirat. Që atëherë dhe deri në vitin 2015, 172 persona janë shpallur laureatë, nga të cilët 4 janë gra.
Më shpesh, çmimi Nobel në Kimi jepej për punën në këtë fushë biokimia(50 herë), kimi organike(43 herë) dhe kimia fizike(38 herë).
Çmimi Nobel 2015 në Kimi mori një suedez Thomas Lindahl, amerikani Paul Modric dhe Aziz Sanjar me origjinë turke "për studime mekanike të riparimit të ADN-së", duke treguar në nivel molekular se si qelizat riparojnë ADN-në e dëmtuar dhe ruajnë informacionin gjenetik.

Sot janë shpallur fituesit e Çmimit Nobel për Kimi për vitin 2016. Për projektimin dhe sintezën e makinave molekulare, tre kimistë do të marrin gjithsej 58 milionë rubla - Jean-Pierre Sauvage (Francë), Sir Fraser Stoddart (SHBA) dhe Bernard Feringa (Hollandë). Jeta tregon se çfarë janë makinat molekulare dhe pse krijimi i tyre meriton një çmim kaq prestigjioz shkencor.

Çfarë është një makinë në kuptimin më të përgjithshëm të këtij termi? Kjo është një pajisje e mprehur për operacione të caktuara, e aftë për t'i kryer ato "në këmbim" të karburantit. Makina mund të rrotullojë, ngrejë ose ulë çdo objekt, madje mund të funksionojë edhe si pompë.

Por sa e vogël mund të jetë një makinë e tillë? Për shembull, disa nga detajet e mekanizmave të orës duken shumë të vogla - a mund të ketë ndonjë gjë më të vogël? Po, absolutisht. Metodat fizike bëjnë të mundur prerjen e një ingranazhi me një diametër prej disa qindra atomesh. Kjo është qindra mijëra herë më pak se një milimetër e njohur nga sundimtari i shkollës. Në vitin 1984, laureati i Nobelit Richard Feynman pyeti fizikanët se sa i vogël mund të jetë një mekanizëm me pjesë të lëvizshme.

Feynman u frymëzua nga shembuj nga natyra: flagjelat e baktereve, të cilat lejojnë këta organizma të vegjël të lëvizin, rrotullohen falë një kompleksi të disa molekulave proteinike. Por a mund të krijojë një person diçka të tillë?

Makinat molekulare, ndoshta të përbëra nga vetëm një molekulë, duken si diçka jashtë sferës së fantazisë. Në të vërtetë, vetëm kohët e fundit kemi mësuar të manipulojmë atomet (eksperimenti i famshëm i IBM u zhvillua në 1989) dhe të punojmë me molekula të vetme, të palëvizshme. Për këtë, fizikantët krijojnë instalime të mëdha dhe shpenzojnë përpjekje të jashtëzakonshme. Megjithatë, kimistët kanë gjetur një mënyrë për të krijuar menjëherë një kuintilion pajisje të tilla. Ishte ai që u bë subjekt i çmimit Nobel 2016.

Problemi kryesor në prodhimin e një makine me një molekulë është lidhja kimike. Është ajo që lidh të gjithë atomet e një molekule që e pengon atë të ketë pjesë të lëvizshme. Për të zgjidhur këtë kontradiktë, kimistët "shpikën" lloj i ri komunikimi - mekanik.

Si janë molekulat e lidhura mekanikisht? Imagjinoni një molekulë të madhe me atome të rreshtuar në një unazë. Nëse kalojmë një zinxhir tjetër atomesh nëpër të dhe gjithashtu e mbyllim në një unazë, fitojmë një grimcë që nuk mund të ndahet në dy unaza pa shkëputur lidhjet kimike. Rezulton se nga pikëpamja e kimisë, këto unaza janë të lidhura, por nuk ka asnjë lidhje të vërtetë kimike midis tyre. Nga rruga, ky dizajn u quajt catenan, nga latinishtja catena- zinxhir. Emri pasqyron faktin se molekula të tilla janë si lidhje zinxhirësh të lidhura me njëra-tjetrën.

Laureati nga Franca, Jean-Pierre Sauvage, mori çmimin në shumë aspekte për punën e tij zbuluese në lidhje me metodat e sintetizimit të katenaneve. Në vitin 1983, shkencëtari kuptoi se si të merrte me qëllim molekula të tilla. Ai nuk ishte i pari që sintetizoi catenan, por metoda e sintezës së shabllonit që ai propozoi përdoret gjithashtu në veprat moderne.

Ekziston një klasë tjetër e përbërjeve të lidhura mekanikisht të quajtura rotaksane. Molekulat e komponimeve të tilla përbëhen nga një unazë përmes së cilës kalon një zinxhir atomesh. Në skajet e këtij zinxhiri, kimistët vendosin "priza" të veçanta për të parandaluar rrëshqitjen e unazës nga zinxhiri. Ata u trajtuan nga një tjetër laureat i Nobelit këtë vit, Sir James Fraser Stoddart. Nga rruga, Stoddart me origjinë skoceze është mbajtësi i titullit të një kalorësi-beqar. Ai u shpall kalorës nga vetë Mbretëresha Elizabeth II për punën e tij në sintezën organike. Megjithatë, Stoddart tani punon në SHBA, në Universitetin Northwestern.

Në këto klasa lidhjeje, fragmentet individuale mund të lëvizin lirshëm në raport me njëri-tjetrin. Unazat catenan mund të rrotullohen lirshëm në lidhje me njëra-tjetrën, dhe unaza rotaksan mund të rrëshqasë përgjatë zinxhirit. Kjo i bën ata kandidatë të mirë për makinat molekulare për të cilat Feynman u interesua. Megjithatë, që këto struktura të quhen kështu, duhet të arrihet edhe një gjë prej tyre - kontrollueshmëria.

Sidomos për këtë, kimistët përdorën idetë themelore të elektrostatikës: nëse e bëni njërën nga unazat të ngarkuara dhe vendosni fragmente në unazën (ose zinxhirin) e dytë që mund të ndryshojnë ngarkesën e tyre nën ndikimin e ndikimeve të jashtme, atëherë mund ta bëni unazën. zmbrapseni nga një zonë e unazës (ose zinxhirit) dhe kaloni në një tjetër. Në eksperimentet e para, shkencëtarët mësuan se si të detyrojnë makinat molekulare të kryejnë operacione të ngjashme duke përdorur ndikime kimike. Hapi tjetër ishte përdorimi i dritës, impulseve elektrike dhe madje edhe vetëm nxehtësisë për të njëjtat qëllime - këto metoda të transferimit të "karburantit" bënë të mundur përshpejtimin e punës së makinave.

Duhet të veçojmë edhe punën e laureatit të tretë, Bernard Feringa. Kimisti holandez arriti të bëjë pa molekula të lidhura mekanikisht. Në vend të kësaj, shkencëtari gjeti një mënyrë për t'i bërë molekulat e përbërjes të rrotullohen, që përmban lidhje kimike tradicionale. Në vitin 1999, Feringa demonstroi një molekulë që dukej si dy tehe të ndërlidhura. Secila prej këtyre teheve u përpoq të largohej nga njëra-tjetra, dhe forma e tyre asimetrike e bënte të favorshme rrotullimin në vetëm një drejtim, sikur të kishte një arpion në "boshtin" midis këtyre teheve.

Për ta bërë molekulën të funksiononte si një rotor, mjaftonte vetëm të ndriçohej drita ultravjollcë mbi të. Tehet filluan të rrotullohen në lidhje me njëra-tjetrën në një drejtim të specifikuar rreptësisht. Më vonë, kimistët madje fiksuan molekula të tilla të rotorit në një grimcë të madhe (në krahasim me vetë rotorin) dhe kështu e detyruan atë të rrotullohej. Nga rruga, shpejtësia e rrotullimit të një rotori të lirë mund të arrijë dhjetëra miliona rrotullime në sekondë.

Me këto tre molekula më të thjeshta, kimistët kanë qenë në gjendje të krijojnë një shumëllojshmëri makinash molekulare. Një nga shembujt më të bukur është "muskuli" molekular, i cili është një hibrid i çuditshëm i katenanit dhe rotaksanit. Nën ndikimet kimike (shtimi i kripërave të bakrit), "muskuli" zvogëlohet me dy nanometra.

Një variant tjetër i makinës molekulare është një "ashensor" ose ashensor. Ajo u prezantua në 2004 nga grupi Stoddart bazuar në rotaxane. Pajisja lejon ngritjen dhe uljen e platformës molekulare me 0.7 nanometra, duke prodhuar një forcë "të prekshme" prej 10 picopascals.

Në vitin 2011, Feringa tregoi konceptin e një "makine" molekulare me katër rotor, e aftë për të lëvizur nën ndikimin e impulseve elektrike. "Nanomakina" jo vetëm që u ndërtua, por ishte gjithashtu e mundur të konfirmohej efikasiteti i saj: çdo rrotullim i rotorëve me të vërtetë ndryshonte pak pozicionin e molekulës në hapësirë.

Edhe pse këto pajisje duken argëtuese, duhet mbajtur mend se një nga kërkesat e Nobelit për laureatët ishte rëndësia e zbulimeve për shkencën dhe njerëzimin. Pjesërisht në pyetjen "pse është e nevojshme kjo?" Bernard Feringa u përgjigj kur u informua për çmimin. Sipas kimistit, me makina të tilla molekulare të kontrolluara, bëhet e mundur krijimi i nanorobotëve mjekësorë. "Imagjinoni robotë të vegjël që mjekët e së ardhmes mund t'i injektojnë në venat tuaja dhe t'i drejtojnë ata të kërkojnë qeliza kanceroze." Shkencëtari vuri në dukje se ai ndihej njësoj siç u ndjenë vëllezërit Wright pas fluturimit të parë, kur njerëzit i pyetën se pse mund të kishte fare makina fluturuese.

Jean-Pierre Sauvage, Bernard Feringa dhe Fraser Stoddart janë nderuar me Çmimin Nobel në Kimi

Shpallja e fituesve të çmimit Nobel në Kimi

Moska. 5 tetor. site - Çmimi Nobel në Kimi në vitin 2016 u mor nga Jean-Pierre Sauvage, Bernard Feringa dhe Fraser Stoddart me formulimin "për projektimin dhe sintezën e makinave molekulare".

Sauvage është një kimist francez i specializuar në kiminë supramolekulare. Është një fushë e kimisë që studion strukturat supramolekulare - bashkimet e dy ose më shumë molekulave të mbajtura së bashku përmes ndërveprimeve ndërmolekulare. Sauvage ishte kimisti i parë që sintetizoi një përbërje nga klasa catenan. Molekulat e këtyre substancave përbëhen nga dy unaza të lidhura me njëra-tjetrën; ky lloj lidhjeje quhet topologjik, specifikon sitin N + 1.

Ilustrim i strukturës së lakut molekular të shtrirjes dhe kontraktimit

Fraser Stoddart, një shkencëtar skocez që tani punon në Shtetet e Bashkuara, zgjeroi listën e përbërjeve me lidhje të ngjashme "jo kimike" duke sintetizuar rotaksan. Molekulat Rotaxan përbëhen nga një zinxhir i gjatë rreth të cilit vendoset lirshëm një unazë. Falë dy strukturave të mëdha në skajet e zinxhirit, unaza nuk mund të "bie" nga zinxhiri.

Transferimi molekular i krijuar nga Stoddart i aftë për të lëvizur përgjatë një boshti nën kontroll

Bernard Feringa, një specialist në nanoteknologjinë molekulare dhe katalizën homogjene, u bë kimisti i parë që zhvilloi dhe sintetizoi një motor molekular - një molekulë që pëson ndryshime strukturore nën ndikimin e dritës dhe fillon të rrotullohet si një teh mulli me erë në një drejtim të specifikuar rreptësisht. Në vitin 1999, me ndihmën e motorëve molekularë, shkencëtari arriti të bënte një cilindër qelqi të rrotullohej 10 mijë herë më shumë se madhësia e motorëve.

Një shembull i një makine molekulare me katër "rrota"

Në vitin 2015, fitues të çmimit Nobel në të njëjtën kategori ishin suedezi Thomas Lindahl, i cili punon në Mbretërinë e Bashkuar dhe amerikani Paul Modric, i cili kryen kërkime në Shtetet e Bashkuara dhe shkencëtari me origjinë turke Aziz Sankar. Çmimi iu dha atij për kërkimin e tij në mekanizmat e riparimit të ADN-së - funksioni i veçantë i qelizave, që është aftësia për të riparuar dëmtimet kimike dhe thyerjet në molekulat e ADN-së që ndodhin gjatë biosintezës normale ose si rezultat i ekspozimit ndaj fizik ose kimik. agjentët.

Çmimi Nobel në Kimi në 2014 për amerikanët Eric Betzig dhe William Moner dhe gjermanin Stefan Hell për kontributin e tyre në zhvillimin e mikroskopit fluoreshent me rezolucion ultra të lartë.

Në fillim të kësaj jave, u shpallën Çmimi Nobel në Mjekësi (fituar nga shkencëtari japonez Yoshinori Osumi) dhe Çmimi Nobel në Fizikë (fituar nga David Thoules, Duncan Haldane dhe Michael Kosterlitz për tranzicionet e fazës topologjike dhe fazat topologjike të materies).

Nikolai Semenov (1896-1986), së bashku me anglezin Cyril Hinshelwood, u bënë i vetmi laureat rus i Nobelit në kimi në 1956 për hulumtimin e mekanizmit të reaksioneve kimike.

Fituesi i ardhshëm i Çmimit Nobel, Laureati i Çmimit për Paqe, do të shpallet të premten më 7 tetor.

Fituesit e çmimit Nobel 2016 do të marrin 8 milionë korona suedeze (rreth 931 mijë dollarë). Ceremonia e ndarjes së çmimeve do të mbahet tradicionalisht në Stokholm më 10 dhjetor, në ditën e vdekjes së themeluesit të çmimeve Nobel - sipërmarrësit dhe shpikës suedez Alfred Nobel (1833-1896).

vuri në dukje

Laureatët: francezi Jean-Pierre Sauvage nga Universiteti i Strasburgut, me origjinë nga Skocia Sir J. Fraser Stoddart nga Universiteti Northwestern (Illinois, SHBA) dhe Bernard L. Feringa nga Universiteti i Groningenit (Holandë).

burimi: pbs.twimg.com

Formulimi për çmimin është: "për projektimin dhe sintezën e makinave molekulare". Laureatët e këtij viti kanë kontribuar në miniaturizimin e teknologjisë që mund të jetë revolucionare. Sauvage, Stoddart dhe Feringa jo vetëm miniaturizuan makinat, por i dhanë edhe një dimension të ri kimisë.

Shkencëtarët kanë krijuar mekanizma molekularë që mund të bëjnë lëvizje drejtimi dhe kështu të veprojnë si makina reale. Ato mund të përdoren kryesisht në sensorë të ndryshëm, si dhe në mjekësi.

Sipas një njoftimi për shtyp nga Akademia Mbretërore Suedeze e Shkencave, profesori Jean-Pierre Sauvage bëri hapin e tij të parë drejt një makinerie molekulare në vitin 1983, kur ai lidhi me sukses dy molekula në formë unaze së bashku për të formuar një zinxhir të njohur si catenan. Zakonisht, molekulat lidhen me lidhje të forta kovalente, në të cilat atomet ndajnë elektrone, por në këtë zinxhir ato lidhen me një lidhje mekanike më të lirshme. Që një makinë të kryejë një detyrë, ajo duhet të përbëhet nga pjesë që mund të lëvizin në lidhje me njëra-tjetrën. Dy unaza të lidhura plotësojnë plotësisht këtë kërkesë.

Hapi i dytë u ndërmor nga Fraser Stoddart në 1991 kur ai zhvilloi rotaxane (një lloj strukture molekulare). Ai preu një unazë molekulare në një bosht të hollë molekular dhe tregoi se kjo unazë mund të lëvizë përgjatë boshtit. Rotaksanet janë baza për zhvillime të tilla si ngritja molekulare, muskujt molekularë dhe një çip kompjuterik i bazuar në një molekulë.

Dhe Bernard Feringa ishte personi i parë që zhvilloi motorin molekular. Në vitin 1999, ai mori një teh molekular të rotorit që rrotullohej vazhdimisht në një drejtim. Duke përdorur motorë molekularë, ai rrotulloi një cilindër xhami që ishte 10 mijë herë më i madh se motori, dhe shkencëtari gjithashtu zhvilloi një nanomakinë.

Interesant është fakti se laureatët e 2016-ës nuk kanë “shkëlqyer” veçanërisht në listat e ndryshme të të preferuarave që shfaqen çdo vit në prag të “javës Nobel”.

Ndër ata që morën çmimin në kimi këtë vit nga media, për shembull, George M. Church dhe Feng Zhang (të dy punojnë në Shtetet e Bashkuara) - për aplikimin e redaktimit të gjenomit CRISPR-cas9 në qelizat e njeriut dhe të miut.

Gjithashtu në listën e të preferuarave ishte shkencëtari nga Hong Kongu, Dennis Lo (Dennis Lo Yukmin) për zbulimin e tij të ADN-së intrauterine pa qeliza në plazmën kontinentale, e cila revolucionarizoi testimin prenatal jo-invaziv.

Emrat e shkencëtarëve japonezë u emëruan gjithashtu - Hiroshi Maeda dhe Yasuhiro Matamura (për zbulimin e efektit të rritjes së përshkueshmërisë dhe mbajtjes së barnave makromolekulare, që është një gjetje kryesore për trajtimin e kancerit).

Në disa burime, mund të gjendet emri i kimistit Alexander Spokoiny, i cili ka lindur në Moskë, por pasi familja e tij u transferua në Amerikë, ai jeton dhe punon në Shtetet e Bashkuara. Ai quhet "ylli në rritje i kimisë". Nga rruga, akademiku Nikolai Semyonov u bë fituesi i vetëm sovjetik i çmimit Nobel në kimi në 1956 për zhvillimin e teorisë së reaksioneve zinxhir. Shumica e përfituesve të këtij çmimi janë shkencëtarë nga Shtetet e Bashkuara. Në vendin e dytë janë shkencëtarët gjermanë, në të tretën - britanikët.

Çmimi në Kimi mund të quhet "më Nobeli i Çmimeve Nobel". Në fund të fundit, personi që themeloi këtë çmim, Alfred Nobel, ishte pikërisht një kimist, dhe në Tabelën Periodike elementet kimike pranë mendeleviumit është nobelium.

Çmimi vendoset nga Akademia Mbretërore Suedeze e Shkencave. Nga viti 1901 (atëherë holandezi Jacob Hendrik Van't Hoff u bë i pari i vlerësuar në fushën e kimisë) deri në vitin 2015, çmimi Nobel në Kimi u dha 107 herë. Ndryshe nga çmimet e ngjashme në fushën e fizikës apo mjekësisë, më shpesh i jepej një laureati (në 63 raste), dhe jo disave njëherësh. Në të njëjtën kohë, vetëm katër gra u bënë laureate në kimi - mes tyre Marie Curie, e cila gjithashtu kishte çmimin Nobel në fizikë, dhe vajza e saj Irene Joliot-Curie. I vetmi person që mori Nobelin kimik dy herë ishte Frederic Sanger (1958 dhe 1980).

Marrësi më i ri ishte 35-vjeçari Frederic Joliot, i cili mori çmimin në 1935. Dhe më i moshuari ishte John B. Fenn, të cilin çmimi Nobel "e kapi" në moshën 85-vjeçare.

Vitin e kaluar laureatët e Nobelit në kimi, Thomas Lindahl (Britania e Madhe) dhe dy shkencëtarë nga Shtetet e Bashkuara - Paul Modric dhe Aziz Sanchar (me origjinë nga Turqia). Çmimi iu dha atyre për "kërkime mekanike në riparimin e ADN-së".

Fituesit e çmimit Nobel 2016 në kimi ishin Jean-Pierre Sauvage nga Universiteti i Strasburgut (Francë), Fraser Stoddart nga Universiteti Northwestern (SHBA) dhe Bernard Feringa nga Universiteti i Groningenit (Hollandë). Çmimi prestigjioz u dha "për projektimin dhe sintezën e makinave molekulare" - molekula individuale ose komplekse molekulare që mund të bëjnë lëvizje të caktuara kur furnizohen me energji nga jashtë. Zhvillimi i mëtejshëm i kësaj fushe premton përparime në shumë fusha të shkencës dhe mjekësisë.

Komiteti i Nobelit njeh rregullisht vepra në të cilat, përveç vlerës shkencore, ka ende një gjallëri shtesë. Kështu, për shembull, në zbulimin e grafenit nga Geim dhe Novoselov (shih Çmimin Nobel në Fizikë - 2010, "Elementet", 11.10.2010), përveç vetë zbulimit dhe përdorimit të tij për vëzhgimin e efektit kuantik Hall në temperaturën e dhomës. , kishte detaje teknike të jashtëzakonshme: shtresa e qëruar e grafitit me shirit të thjeshtë. Shekhtman, i cili zbuloi kuazikristalet, kishte një histori konfrontimi shkencor me një tjetër nobelist të respektuar, Pauling, i cili deklaroi se "nuk ka kuazikristale, por ka thuajse shkencëtarë".

Në fushën e makinerive molekulare, në pamje të parë, nuk ka një zullum të tillë, nëse përjashtojmë faktin që një nga laureatët, Stoddart, ka një titull kalorësi (nuk është i pari). Por në fakt, ekziston një veçori e rëndësishme. Sinteza e makinave molekulare është pothuajse e vetmja fushë në kiminë organike akademike që mund të quhet inxhinieri e pastër në nivel molekular, ku njerëzit projektojnë një molekulë nga e para dhe nuk pushojnë derisa ta marrin atë. Në natyrë, natyrisht, ka molekula të ngjashme (kështu janë rregulluar disa proteina të qelizave organike - miozina, kinesina - ose, për shembull, ribozomet), por njerëzit janë ende larg një niveli të tillë kompleksiteti. Prandaj, për momentin, makinat molekulare janë fryt i mendjes njerëzore nga fillimi në fund, pa përpjekje për të imituar natyrën ose për të shpjeguar fenomenet natyrore të vëzhguara.

Pra, ne po flasim për molekula në të cilat një pjesë është në gjendje të lëvizë në lidhje me një tjetër në mënyrë të kontrolluar - si rregull, duke përdorur pjesërisht ndikime të jashtme dhe nxehtësi për të lëvizur. Për të krijuar molekula të tilla, Sauvage, Stoddard dhe Feringa dolën me parime të ndryshme.

Sauvage dhe Stoddard bënë molekula të lidhura mekanikisht: katenanet - dy ose më shumë unaza molekulare të lidhura që rrotullohen në lidhje me njëra-tjetrën (Fig. 1), dhe rotaksane - molekula të përbëra prej dy pjesësh, në të cilat një pjesë (unaza) mund të lëvizë përgjatë tjetrës (drejt. bazë ), e cila ka grupe të mëdha (tapa) në skajet në mënyrë që unaza "të mos fluturojë" (Fig. 2).

Duke përdorur konceptin e mësipërm, u krijuan "ngritje molekulare", "muskuj molekularë", struktura të ndryshme topologjike molekulare me interes teorik, madje edhe një ribozom artificial i aftë për të sintetizuar proteina të shkurtra shumë ngadalë.

Qasja e Feringës ishte thelbësisht e ndryshme dhe shumë elegante (Fig. 3). Në motorin molekular të Feringës, pjesët e molekulës që rrotullohen në lidhje me njëra-tjetrën nuk janë të lidhura mekanikisht, por nga një lidhje e vërtetë kovalente - një lidhje e dyfishtë karbon-karbon. Rrotullimi i grupeve rreth një lidhje dyfishe është i pamundur pa ndikim të jashtëm. Një efekt i tillë mund të jetë rrezatimi me dritë ultravjollcë: në mënyrë figurative, drita ultravjollcë thyen në mënyrë selektive një lidhje në një të dyfishtë, duke lejuar rrotullimin për një pjesë të sekondës. Në këtë rast, në të gjitha pozicionet, molekula e Feringës është e tendosur strukturore dhe lidhja e dyfishtë zgjatet. Molekula, kur kthehet, ndjek rezistencën më të vogël, duke u përpjekur të gjejë pozicionin me tensionin më të vogël. Ajo nuk mund ta bëjë këtë, por në çdo fazë ajo kthehet pothuajse ekskluzivisht në një drejtim.

Një motor i ngjashëm me modifikime të vogla, siç tregohet në vitin 2014, është i aftë për afërsisht 12 milionë rrotullime në sekondë (J. Vachon et al., 2014. Një motor molekular fotoaktiv ultra i shpejtë i lidhur me sipërfaqen). Përdorimi më i bukur i motorit Feringa u demonstrua në një "nanomakinë" mbi një nënshtresë ari (Fig. 4). Katër motorë, të lidhur si rrota në një molekulë të gjatë, rrotullohen në një drejtim dhe "makina" ecën përpara.

Për momentin, është duke u zhvilluar një motor molekular që mund të aktivizohet nga drita e dukshme në vend të UV. Me ndihmën e një motori të tillë do të mundësohet shndërrimi i energjisë diellore në energji mekanike në një mënyrë krejtësisht të paprecedentë – duke anashkaluar energjinë elektrike.

Në punën e tij më të fundit, të botuar në revistën e Shoqërisë Kimike Amerikane ( JACS), Feringa tregoi modelin e një motori, shpejtësia e rrotullimit të të cilit mund të kontrollohet me veprim kimik, siç tregohet në Fig. 5. Kur shtohet një molekulë efektore (diklorur metali - zink Zn, paladium Pd ose platin Pt) në motorin molekular, ky i fundit ndryshon konformimin e tij, gjë që lehtëson rrotullimin. Matjet kanë treguar se në 20 ° C nga tre efektorët e testuar, motori rrotullohet më shpejt me platin (0,13 Hz), pak më ngadalë me paladium (0,035 Hz) dhe akoma më ngadalë me zink (0,009 Hz). Shpejtësia maksimale e motorit pa një efektor është 0.0041 Hz. Fenomeni i vëzhguar u konfirmua nga llogaritjet mekanike kuantike të strukturave motorike me dhe pa efektorë. Llogaritjet tregojnë se si ndryshon konformacioni dhe sa më i lehtë është rrotullimi.

Si përfundim, duhet thënë se motorët molekularë nuk kanë gjetur ende aplikim në jetën e përditshme, por pothuajse me siguri është çështje kohe dhe në të ardhmen e afërt do të shohim përdorimin aktiv të tyre.

Burimet:
1) Çmimi Nobel në Kimi 2016 - njoftimi zyrtar i Komitetit Nobel.
2) Makinat molekulare - një përmbledhje e detajuar e punës së laureatëve të përgatitur nga Komiteti Nobel.
3) Adele Faulkner, Thomas van Leeuwen, Ben L. Feringa dhe Sander J. Wezenberg. Rregullimi allosterik i shpejtësisë rrotulluese në një motor molekular të drejtuar nga drita // Gazeta e Shoqërisë Kimike Amerikane... 26 shtator 2016. V. 138 (41). F. 13597-13603. Doi: 10.1021 / jacs.6b06467.

Grigory Molev