Новое направление в синтетической химии: свет индуцирует вращение молекул

Исследователи Университета Хоккайдо под руководством доцента Акиры Кацуямы и профессора Сатоси Итикавы на факультете фармацевтических наук расширили инструментарий синтетической химии, создав новую категорию молекул, которые могут быть индуцированы к внутреннему вращению при взаимодействии со светом.

Подобные процессы считаются важными в некоторых естественных биологических системах. Синтетические версии могут быть использованы для выполнения функций фотохимического переключения в молекулярных вычислительных и сенсорных технологиях или в биоактивных молекулах, включая лекарства.

Достижение системы, подобной нашей, было значительным вызовом в фотохимии. Работа вносит важный вклад в возникающую область молекулярной манипуляции. Интерес к возможностям света существенно изменять молекулярные конформации возник в результате изучения некоторых естественных белков. К ним относятся молекулы родопсина в сетчатке глаза, которые играют ключевую роль в преобразовании света в электрические сигналы, создающие наше чувство зрения в мозге.

Появляются подробности о том, как поглощение световой энергии может индуцировать скручивание части молекулы родопсина, необходимое для выполнения ее биологической функции. Имитация этого в синтетических системах может создать молекулярные переключатели с разнообразными потенциальными применениями.

В этом исследовании были введены атомы серы или селена в производное бензамида. Полученные молекулы подвергались изомеризации при воздействии света или тепла. Исследовательская группа достигла фотоиндуцированного (т.е. светом управляемого) вращения молекулярных групп вокруг серии химических связей, включающих атом азота вместе с другими связанными атомами углерода. Вращательные свойства были обеспечены добавлением молекулярных компонентов, содержащих атом из группы халькогенов в периодической таблице, конкретно серу или селен, к простой органической молекуле: амидному соединению.

Это привнесло новый уровень контроля и универсальности в синтетические фотоиндуцированные вращательные системы. Некоторые химические группы, вращающиеся вокруг центральных связей, были относительно большими, основанными на кольцах из шести связанных атомов углерода. Это облегчило масштабные молекулярные изменения, которые могут потребоваться для практического использования в системах молекулярного переключения.

Помимо демонстрации фотоиндуцированных изменений, команда также провела теоретические расчеты, дающие представление о вероятных механизмах, по которым происходили перестройки. Команда также исследовала влияние температуры на трансформации. Комбинация теоретической и экспериментальной работы должна помочь направить будущие исследования на изучение и управление модификациями уже достигнутых систем. 

Использование света для активации конформационных изменений позволяет контролировать, где и когда происходят изменения. Это может быть жизненно важно для точно нацеленных применений в биологических системах, включая возможные терапевтические возможности.