_ Lumina stimulează un nou răsucire pentru chimia sintetică

Moleculele care sunt induse de lumină să rotească grupuri voluminoase în jurul legăturilor centrale ar putea fi dezvoltate în sisteme bioactive fotoactivate, comutatoare moleculare și multe altele.

Cercetătorii de la Hokkaido Universitatea, condusă de profesorul asistent Akira Katsuyama și profesorul Satoshi Ichikawa de la Facultatea de Științe Farmaceutice, au extins setul de instrumente de chimie sintetică prin crearea unei noi categorii de molecule care pot fi induse să sufere o rotație internă la interacțiunea cu lumina. Se consideră că procese similare sunt importante în unele sisteme biologice naturale.

Versiunile sintetice pot fi exploatate pentru a îndeplini funcții de comutare fotochimică în tehnologiile de calcul molecular și de detectare sau în molecule bioactive, inclusiv medicamente. Raportul lor este în așteptare la Nature Chemistry.

„Realizarea unui sistem ca al nostru a fost o provocare semnificativă în fotochimie”, spune Katsuyama. „Lucrarea aduce o contribuție importantă la un domeniu în curs de dezvoltare în manipularea moleculară.”

Perspectivele asupra posibilităților luminii de a modifica semnificativ conformațiile moleculare au venit din examinarea unor proteine ​​naturale. Acestea includ moleculele de rodopsina din retina ochiului, care joacă un rol crucial în transformarea luminii în semnale electrice care ne creează simțul vederii în creier. Apar detalii despre modul în care absorbția energiei luminoase poate induce o rearanjare de răsucire a unei părți a moleculei de rodopsina necesară pentru ca aceasta să își îndeplinească funcția biologică.

„Mimarea acestui lucru în sistemele sintetice ar putea crea comutatoare la nivel molecular cu o varietate de aplicații potențiale”, explică Katsuyama.

O inovație cheie a echipei Hokkaido a fost realizarea unei rotații foto-induse (adică, condusă de lumină) a grupurilor moleculare în jurul unei serii de legături chimice care încorporează un atom de azot împreună cu alți atomi de carbon legați.

Proprietățile de rotație au fost activate prin adăugarea de componente moleculare care conțineau un atom din grupul de elemente „calcogen” din tabelul periodic, în special sulf sau seleniu, la un simplu moleculă organică: un compus amidic. Acest lucru a adus un nou nivel de control și versatilitate sistemelor de rotație foto-induse sintetice.

Unele dintre grupurile chimice care se rotesc în jurul legăturilor centrale erau relativ mari, bazate pe inele cu șase atomi de carbon legați. Acest lucru a facilitat modificările moleculare la scară largă care ar putea fi necesare pentru utilizarea practică în sistemele de comutare moleculară.

Pe lângă demonstrarea modificărilor induse de foto, echipa a efectuat și calcule teoretice care au oferit perspective asupra mecanismelor probabile. prin care au procedat rearanjamentele. Echipa a explorat, de asemenea, efectele temperaturii asupra transformărilor. Combinația dintre lucrările teoretice și experimentale ar trebui să ajute la ghidarea cercetărilor viitoare către explorarea și controlul modificărilor aduse sistemelor deja realizate.

„Următoarea noastră prioritate de cercetare se concentrează pe potențialul metodelor noastre de a face noi molecule bioactive activate de lumina. Acestea ar putea fi aplicate în cercetarea biologică sau, eventual, dezvoltate ca medicamente”, conchide Ichikawa.

Folosirea luminii pentru a activa modificările conformaționale permite controlul asupra locului și când au loc schimbările. Acest lucru ar putea fi vital pentru aplicații țintite precis în sistemele biologice, inclusiv eventuale posibilități terapeutice.

O versiune a studiului este disponibilă pe serverul de pre-printare a jurnalului ChemRxiv.

(Fluierul)