Nr wniosku: 156206, nr raportu: 29. Kierownik (z rap.): mgr inż

Nr wniosku: 156206, nr raportu: 29. Kierownik (z rap.): mgr inż. Mateusz Woźny
Celem projektu było opracowanie metod otrzymywania nowych mechanicznie związanych cząsteczek – struktur zbudowanych
z dwóch lub więcej komponentów molekularnych, które nie mogą być odseparowane od siebie, tak jak ogniwa łańcucha.
Ponieważ ogniwa łańcucha nie są ze sobą sklejone, czy zespawane, mogą się do pewnego stopnia przemieszczać wobec siebie. To
samo dzieje się w cząsteczkach mechanicznie związanych – ich komponenty mogą zmieniać pozycję, rotować itp. Wtedy, gdy
tego rodzaju cząsteczka „rusza się” w odpowiedzi na specyficzny, zewnętrzny bodziec, nazywamy ją przełącznikiem
molekularnycm (trzy podstawowe rodzaje bodźców sterujących przełącznikami to prąd, światło lub odczynniki chemiczne, takie
jak kwasy, czy zasady).
Co interesujące, wiele maszyn molekularnych to cząsteczki naturalne, syntezowane przez organizmy żywe. Każda komórka, nie
wykluczając tych w ludzkim ciele, zawiera tysiące tego rodzaju nanourządzeń. Białka motoryczne odgrywają tu szczególną rolę –
żywiąc się energią pochodzącą z cząsteczek ATP powodują kurczenie mięśni, transportują małe organella we wnętrzu komórki, a
także odpowiadają za napędzanie witek, dzięki którym bakterie mogą przemieszczać się w swoim środowisku. Niemniej jednak,
nasze prace badawcze nie są inspirowane jedynie biologiczną stroną tematyki maszyn molekularnych. Drugim powodem, dla
którego uważamy przełączniki bazujące na cząsteczkach mechanicznie związanych za interesujące i warte badania jest fakt, że w
przyszłości tego rodzaju nanoobiekty mogą odgrywać rolę elementów aktywnych w molekularnych układach elektronicznych,
pracujących pod kontrolą światła lub prądu. Naukowcy zajmujący się tematyką przewidują również inne zastosowania w takich
dziedzinach jak fotonika, czy systemy nanoelektromechaniczne.
Podczas realizacji tego projektu naukowego, zajmowaliśmy się cząsteczkami zwanymi tetraazamakrocyklicznymi (TAM)
kompleksami miedzi i niklu, które dzięki swej strukturze są zdolne do tworzenia cząsteczek mechanicznie związanych, a
docelowo przełączników molekularnych. Znaleźliśmy metody syntezowania nowych TAM. Niektóre z nich formowały cienkie
warstwy na powierzchni złota, które jest dobrym przewodnikiem elektryczności. Przebadaliśmy jak tego rodzaju cząsteczki
reagują na potencjał elektrochemiczny. Nowe kompleksy i opracowane przez nas reakcje chemiczne, którym ulegają, poszerzyły
naszą wiedzę i zrozumienie chemii tej nietypowej grupy związków chemicznych.
Udało nam się również odnieść sukces w naszych staraniach, których celem są poszukiwania efektywnych metod, dających
nam możliwość przekształcania „wolnych” cząsteczek TAM w cząsteczki mechanicznie związane. Otrzymaliśmy kilka nowych
tego rodzaju struktur, a na drodze dalszych badań wykazaliśmy, że funkcjonują one jako przełączniki molekularne. Innym
wątkiem naszej pracy była próba nakłonienia do przenizania się cyklicznych molekuł, wyglądających jak odseparowane ogniwa
łańcucha. Oczywiście, tego rodzaju proces nie może zachodzić dopóki w jego mechanizm nie wbudujemy ukrytej sztuczki.
Rzeczywiście, nasza strategia zakładała, że jeden z molekularnych pierścieni, “magiczny pierścień”, może niepostrzeżenie
otwierać się na chwilę (rozrywać), łapać inną cykliczną cząsteczkę, a następnie, wciąż ją trzymając, ulegać zamknięciu. Udało
nam się odkryć jak tego rodzaju magiczny pierścień powinien być zbudowany i w jakich warunkach jest zdolny do formowania
cząsteczek mechanicznie związanych. Opracowany przez nas proces okazał się efektywny i szybki, a uzyskane wyniki badawcze
przybliżają nas do osiągnięcia ostatecznego celu, jakim jest konstrukcja cząsteczek mechanicznie związanych, działających jako
przełączniki molekularne stymulowane potencjałem elektrochemicznym.