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M t l lMotores moleculares
biomiméticos
Diego Sampedro RuizGrupo de Fotoquímica Orgánica
Introducción
Rueda de Ur, 3500 a. C.
Máquina de vapor de Watt, 1768
O d dOrdenador ENIAC, 1945
ENIAC: 18.000 válvulas ocupaba una habitación
Microprocesador actual: 40 millones de transistores
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Introducción
Disco duro del IBM 305 RAMACSeptiembre de 1956
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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:Ley de Moore. Cada tres años:
El tamaño se reduce un 33%La capacidad del chip se aumenta un 50%La capacidad del chip se aumenta un 50%Los componentes del chip se cuadruplican
Límite físico en unos 100 nmLímite físico en unos 100 nm.
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There is plenty of room at the bottomp y
Richard Phillips FeynmanRichard Phillips Feynman(1918-1988)
Premio Nobel de Física 1965Premio Nobel de Física 1965
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Método ascendente
Consiste en partir de átomos y moléculas para construir nanoestructuras.Aproximación obvia para químicos: acostumbrados a trabajar “abajo”.acostumbrados a trabajar abajo .Permite la construcción de estructuras mucho e o e de 100menores de 100 nm.
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NanotecnologíagLa nanotecnología es un campo de las ciencias aplicadas dedicado al controly manipulación de la materia a una escala menor que un micrómetro, es decir,
Reducción del tamaño de los ordenadores
a nivel de átomos y moléculas.
Reducción del tamaño de los ordenadoresNanoordenadores basados en moléculasNuevos materialesSensores bioquímicos y químicosSensores bioquímicos y químicosAlmacenamiento de energíaAplicaciones médicas
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Dispositivos molecularespComponentes macroscópicos
Dispositivo macroscópico
Dispositivo Componentes l l
pmolecularmoleculares
Acciones simples Función compleja
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Precedentes
RotoresEngranajesPaletasPaletasMolinetesFrenosTrinquetesTrinquetesMotores
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PrecedentesPrecedentes
Koumura, N., Zijlstra, R. W. J., van Delden, R. A., Harada, N., Feringa, B. L. Light-driven monodirectional molecular rotor. Nature 1999, 401, 152-155
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152-155.
Luz como fuente de energía alternativag
Millones de toneladas de emisiónde carbono al año
Precios del petróleop
DólDólares por barril
Ventajas de la luzj
Se puede activar y desactivar fácil y rápidamenteEl láser permite su uso en espacios y tiempos pequeñostiempos pequeñosLos fotones se pueden emplear como comb stible para controlar la máq inacombustible y para controlar la máquinaNo genera productos de desecho
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Diseño del motor: FOTOISOMERIZACIÓN
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Motores Biomoleculares
NH NH
H3C
CH3Diseño para
un interruptorDiseño para
un motorun interruptor
Thr297 O
OO
NH
NAla295
Leu112N
O
oGly114
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o
Sampedro, D.; Migani, A.; Pepi, A.; Busi, E.; Basosi, R.; Latterini, L.; Elisei, R.; Fusi, S.; Ponticelli, F.; Zanirato, V.; Olivucci, M. J. Am. Chem. Soc., 2004, 126, 9349
Comportamiento fotoquímicop q
Las moléculas sintetizadas son resistentes a la fatiga.Se puede modificar la composición del equilibrio fotoestacionarioequilibrio fotoestacionario.Se puede seleccionar la longitud de onda de la radiación a emplearla radiación a emplear.
Síntesis de interruptores molecularesp
2
NR3
R2
N
R2
R1
+ [M]O
R3
OR4
R1
R2[ ]
R4
R5
R5
Iminas Carbenos deFischer
17Aumann, R.; Yu, Z.; Fröhlich, R.; Zippe, F. Eur. J. Inorg. Chem., 1998, XCVII, 1623.
Giro del interruptor: pFOTOISOMERIZACIÓN
N
O
N
OFuente de luz
N
O
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Estudio fotoquímicoqCaracterísticas ideales:
i i ió á id d lisomerización rápida de los compuestosdeterminación precisa del estado del interruptorfotoestabilidadfotoestabilidad
Se han estudiado las siguientes parejas de compuestosGiro del interruptor se estudió por tecnicas deGiro del interruptor se estudió por tecnicas de resonancia magnética nuclear de protónComparación de la irradiación de las estructuras pmetiladas frente a las no metiladas
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Estudio fotoquímicoEstudio fotoquímicoComparación del proceso térmico frente al fotoquímico
100
N
O
Ph
O ON
O
Ph
O
h?
100
N
O
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O
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O
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50
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Ph
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Isómero A
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osTime (minutes)Tiempo (minutos)Time (minutes)Tiempo (minutos)
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52Isómero B
51Isómero A
Isomerización térmica muchomás lenta que la fotoquímica.
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10
20
30
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 10001050 1100
Time (minutes)
Iso Isomer AIsomer B
Tiempo (minutos)
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Isómero AIsómero B
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Iso Isomer AIsomer B
Tiempo (minutos)
Porc
ent
Isómero AIsómero BEliminación de etapas
térmicas en el giro del interruptor
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( )p( )p( )( )p
Agradecimientos:Agradecimientos:∙ Ministerio de Educación y Ciencia∙ Comunidad Autónoma de La Rioja j∙ 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”hay que tratar de aprovecharlo”.
R. Dean Astumian
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Grupo de fotoquímica de La Riojap q j
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