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

2

Introducción

Disco duro del IBM 305 RAMACSeptiembre de 1956

3

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.

4

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

5

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.

6

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

7

Dispositivos molecularespComponentes macroscópicos

Dispositivo macroscópico

Dispositivo Componentes l l

pmolecularmoleculares

Acciones simples Función compleja

8

Precedentes

RotoresEngranajesPaletasPaletasMolinetesFrenosTrinquetesTrinquetesMotores

9

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

10

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

13

Diseño del motor: FOTOISOMERIZACIÓN

14

Motores Biomoleculares

NH NH

H3C

CH3Diseño para

un interruptorDiseño para

un motorun interruptor

Thr297 O

OO

NH

NAla295

Leu112N

O

oGly114

15

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

18

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

19

Estudio fotoquímicoEstudio fotoquímicoComparación del proceso térmico frente al fotoquímico

100

N

O

Ph

O ON

O

Ph

O

h?

100

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Isomer AIsomer B

Isómero A

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Isomer AIsomer B

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osTime (minutes)Tiempo (minutos)Time (minutes)Tiempo (minutos)

30

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3.4.3.iisómero A

3.4.3.jisómero BIsomer A Isomer B

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3.4.3.jisómero BIsomer AIsomer A Isomer B

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de

isóm

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52Isómero B

51Isómero A

Isomerización térmica muchomás lenta que la fotoquímica.

0

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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20

30

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Time (minutes)

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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