Биологический двигатель, потребляющий хиральное топливо

Группа исследователей из Манчестерского университета создала молекулярный двигатель, который потребляет хиральное топливо для вращения вокруг одной ковалентной связи. В своей статье, опубликованной в журнале Nature, группа описывает свою работу по разработке двигателя направленного вращения с химическим приводом и почему они считают, что их усилия приведут к разработке подобных систем с другими материалами. Предыдущие исследования показали, что в природе существуют примеры биологических моторов — АДТ-синтаза — лишь один из примеров. Такие примеры послужили источником вдохновения для химиков, пытающихся воспроизвести такие двигатели, и хотя некоторый прогресс был достигнут, до сих пор не было разработано ни одного, способного вращаться вокруг оси на 360 ° вокруг одинарной связи.

В этой новой попытке исследователи создали биологический двигатель, используя 26 атомов, в котором двигатель мог полностью вращаться вокруг одной связи и продолжать вращаться, пока в него подается топливо. Их двигатель состоял из двух частей: карбонильной группы пиррола-2, составлявшей вращающуюся часть двигателя, и карбонильной группы фенил-2, служившей основанием. Две части были соединены вместе с помощью связи NC, которая также служила осью для двигателя. Для привода вращения использовалось карбодиимидное топливо. Когда он был добавлен в двигатель, образовался внутримолекулярный ангидрид, что привело к реакции гидролиза со смещением направления, основанным на хиральности топлива, а также к еще одной добавке для ускорения процесса. Исследователи отмечают, что нанесение дикислоты на ротор и отвод топлива предотвращали вращение, когда это было необходимо.

Тестирование показало, что двигатель вращается со скоростью примерно один полный оборот каждые три часа. Они обнаружили, что он также вращается по ошибке, примерно каждые четыре оборота, в направлении, противоположном желаемому. Они предполагают, что их работа — это лишь первый шаг к созданию вращающихся двигателей. Они ожидают, что будущие проекты будут меняться быстрее и будут найдены средства для уменьшения количества ошибок. Забегая вперед, можно сказать, что однажды такие двигатели можно будет использовать в таких приложениях, как добыча ионов металлов со дна океана.

Источник