Motores moleculares biomiméticos. Diego Sampedro Ruiz Grupo de Fotoquímica Orgánica

Transcripción

1 Motores moleculares l biomiméticos Diego Sampedro Ruiz Grupo de Fotoquímica rgánica

2 Introducción Rueda de Ur, 3500 a. C. Máquina de vapor de Watt, 1768 d rdenador d ENIAC, 1945 ENIAC: válvulas ocupaba una habitación Microprocesador actual: 40 millones de transistores 2

3 Introducción Disco duro del IBM 305 RAMAC Septiembre de

4 Método descendente Consiste en disminuir de forma progresiva el tamaño de los componentes. Es el empleado por físicos e ingenieros. Ley de Moore. Cada tres años: El tamaño se reduce un 33% La capacidad del chip se aumenta un 50% Los componentes del chip se cuadruplican Límite físico en unos 100 nm. 4

5 There is plenty of room at the bottom Richard Phillips Feynman ( ) Premio Nobel de Física

6 Método ascendente Consiste en partir de átomos y moléculas para construir nanoestructuras. Aproximación obvia para químicos: acostumbrados a trabajar abajo. Permite la construcción de estructuras mucho menores e de 100 nm. 6

7 Nanotecnología La nanotecnología es un campo de las ciencias aplicadas dedicado al control y manipulación de la materia a una escala menor que un micrómetro, es decir, a nivel de átomos y moléculas. Reducción del tamaño de los ordenadores Nanoordenadores basados en moléculas Nuevos materiales Sensores bioquímicos y químicos Almacenamiento de energía Aplicaciones médicas 7

8 Dispositivos moleculares Componentes macroscópicos Dispositivo macroscópico Componentes moleculares l Dispositivo molecular Acciones simples Función compleja 8

9 Precedentes Rotores Engranajes Paletas Molinetes Frenos Trinquetes Motores 9

10 Precedentes Koumura, N., Zijlstra, R. W. J., van Delden, R. A., Harada, N., Feringa, B. L. Light-driven monodirectional molecular rotor. Nature 1999, 401,

11 Luz como fuente de energía alternativa Millones de toneladas de emisión de carbono al año

12 Precios del petróleo Dólares por barril

13 Ventajas de la luz Se puede activar y desactivar fácil y rápidamente El láser permite su uso en espacios y tiempos pequeños Los fotones se pueden emplear como combustible y para controlar la máquina No genera productos de desecho 13

14 Diseño del motor: FTISMERIZACIÓN 14

15 Motores Biomoleculares NH H 3 C NH Diseño para un interruptor CH 3 Diseño para un motor Thr 297 N H N Ala 295 Leu 112 N o Gly 114 Sampedro, D.; Migani, A.; Pepi, A.; Busi, E.; Basosi, R.; Latterini, L.; Elisei, R.; Fusi, S.; Ponticelli, F.; Zanirato, V.; livucci, M. J. Am. Chem. Soc., 2004, 126,

16 Comportamiento fotoquímico Las moléculas sintetizadas son resistentes a la fatiga. Se puede modificar la composición del equilibrio fotoestacionario. Se puede seleccionar la longitud de onda de la radiación a emplear.

17 p Síntesis de interruptores moleculares R2 R3 1 R N + R3 N [[M]] R5 4 R Iminas R5 R2 R1 R4 Carbenos de Fischer Aumann, R.; Yu, Z.; Fröhlich, R.; Zippe, F. Eur. J. Inorg. Chem., 1998, XCVII,

18 Giro del interruptor: FTISMERIZACIÓN N Fuente de luz N 18

19 Estudio fotoquímico Características ideales: isomerización i ió rápida de los compuestos determinación precisa del estado del interruptor fotoestabilidad Se han estudiado las siguientes parejas de compuestos Giro del interruptor se estudió por tecnicas de resonancia magnética nuclear de protón Comparación de la irradiación de las estructuras metiladas frente a las no metiladas 19

20 Estudio fotoquímico Comparación del proceso térmico frente al fotoquímico Ph N hν h? Ph N Porcenta aje de isómeros Isom mers ratio Isómero A Time (minutes) Tiempo (minutos) Isomerización térmica mucho más lenta que la fotoquímica. Eliminación de etapas térmicas en el giro del interruptor 52 Isómero B Ph N Isómero Isomer A Isómero Isomer B i Isómero isómero A Porcent Iso omers taje de ratio isómero os Isomer A Δ Ph N j 52 isómero Isómero B Isomer B Tiempo Time p( (minutes) (minutos) Isómero Isomer A Isómero Isomer B 20

21 Agradecimientos: Ministerio de Educación y Ciencia Comunidad Autónoma de La Rioja Universidad de La Rioja Las máquinas microscópicas han de actuar en un mundo caótico. Como no se puede derrotar al caos, hay que tratar de aprovecharlo. R. Dean Astumian 21

22 Grupo de fotoquímica de La Rioja 22