Geodesic
Molekulární stroje
Pokroky matematiky, fyziky a astronomie, Tome 62 (2017) no. 3, pp. 171-184
Cet article a éte moissonné depuis la source Czech Digital Mathematics Library

Voir la notice de l'article

V živých buňkách existuje řada molekulárních strojů nanometrových rozměrů, které dokáží měnit chemickou energii na mechanický pohyb. Nositel Nobelovy ceny za fyziku Richard Feynman v jedné ze svých přednášek v roce 1984 předpověděl, že časem bude možné vytvářet prakticky použitelné molekulové stroje také uměle v chemických laboratořích. Jeho vize již začíná získávat reálné obrysy. Nobelovu cenu za chemii obdrželi v roce 2016 Jean-Pierre Sauvage, Sir J. Fraser Stoddart a Bernard L. Feringa za výzkum, jenž umožnil syntézu supramolekulárních komplexů, které se jako molekulární stroje chovají. Základní charakteristiku takového stroje představuje existence několika funkčních podjednotek molekulového komplexu, které se vůči sobě mohou navzájem pohybovat. Prvnímu z laureátů se podařilo najít způsob, jak připravovat řetízky prstencových molekul zvaných katenany, které jsou navzájem svázány pouze topologicky (mechanicky), nikoli chemickou vazbou. Sir J. Fraser Stoddart připravil rotaxany, což jsou cyklické molekuly navlečené na jinou molekulu ve tvaru činky, podél které dokázal navlečenými prstenci definovaným způsobem pohybovat. B. L. Feringa syntetizoval molekuly tvořené dvěma planárními strukturami propojenými dvojnou vazbou, které dokáží vůči sobě rotovat rychlostí až 12 106 otáček za sekundu, když jsou poháněny pulzy UV záření. Práce oceněné Nobelovou cenou otevřely cestu k sestavování mnoha dalších komplexnějších strojů, jako jsou klouby, ložiska, táhla, páky nebo spínače. V následujícím článku jsou představeny tři konkrétní příklady molekulárních strojů, názorně ilustrující některé obecné principy jejich konstrukce a fungování.
V živých buňkách existuje řada molekulárních strojů nanometrových rozměrů, které dokáží měnit chemickou energii na mechanický pohyb. Nositel Nobelovy ceny za fyziku Richard Feynman v jedné ze svých přednášek v roce 1984 předpověděl, že časem bude možné vytvářet prakticky použitelné molekulové stroje také uměle v chemických laboratořích. Jeho vize již začíná získávat reálné obrysy. Nobelovu cenu za chemii obdrželi v roce 2016 Jean-Pierre Sauvage, Sir J. Fraser Stoddart a Bernard L. Feringa za výzkum, jenž umožnil syntézu supramolekulárních komplexů, které se jako molekulární stroje chovají. Základní charakteristiku takového stroje představuje existence několika funkčních podjednotek molekulového komplexu, které se vůči sobě mohou navzájem pohybovat. Prvnímu z laureátů se podařilo najít způsob, jak připravovat řetízky prstencových molekul zvaných katenany, které jsou navzájem svázány pouze topologicky (mechanicky), nikoli chemickou vazbou. Sir J. Fraser Stoddart připravil rotaxany, což jsou cyklické molekuly navlečené na jinou molekulu ve tvaru činky, podél které dokázal navlečenými prstenci definovaným způsobem pohybovat. B. L. Feringa syntetizoval molekuly tvořené dvěma planárními strukturami propojenými dvojnou vazbou, které dokáží vůči sobě rotovat rychlostí až 12 106 otáček za sekundu, když jsou poháněny pulzy UV záření. Práce oceněné Nobelovou cenou otevřely cestu k sestavování mnoha dalších komplexnějších strojů, jako jsou klouby, ložiska, táhla, páky nebo spínače. V následujícím článku jsou představeny tři konkrétní příklady molekulárních strojů, názorně ilustrující některé obecné principy jejich konstrukce a fungování. 
@article{PMFA_2017_62_3_a1,
     author = {Baxov\'a, Katar{\'\i}na and Ve\v{l}as, Luk\'a\v{s} and Pl\'a\v{s}ek, Jarom{\'\i}r},
     title = {Molekul\'arn{\'\i} stroje},
     journal = {Pokroky matematiky, fyziky a astronomie},
     pages = {171--184},
     year = {2017},
     volume = {62},
     number = {3},
     language = {cs},
     url = {http://geodesic.mathdoc.fr/item/PMFA_2017_62_3_a1/}
}
TY  - JOUR
AU  - Baxová, Katarína
AU  - Veľas, Lukáš
AU  - Plášek, Jaromír
TI  - Molekulární stroje
JO  - Pokroky matematiky, fyziky a astronomie
PY  - 2017
SP  - 171
EP  - 184
VL  - 62
IS  - 3
UR  - http://geodesic.mathdoc.fr/item/PMFA_2017_62_3_a1/
LA  - cs
ID  - PMFA_2017_62_3_a1
ER  - 
%0 Journal Article
%A Baxová, Katarína
%A Veľas, Lukáš
%A Plášek, Jaromír
%T Molekulární stroje
%J Pokroky matematiky, fyziky a astronomie
%D 2017
%P 171-184
%V 62
%N 3
%U http://geodesic.mathdoc.fr/item/PMFA_2017_62_3_a1/
%G cs
%F PMFA_2017_62_3_a1
Baxová, Katarína; Veľas, Lukáš; Plášek, Jaromír. Molekulární stroje. Pokroky matematiky, fyziky a astronomie, Tome 62 (2017) no. 3, pp. 171-184. http://geodesic.mathdoc.fr/item/PMFA_2017_62_3_a1/

[1] Astumian, R. D.: Thermodynamics and kinetics of a Brownian motor. Science 276 (1997), 917–922. | DOI

[2] Astumian, R. D.: How molecular motors work - insights from the molecular machinist’s toolbox: the Nobel prize in Chemistry 2016. Chem. Sci. 8 (2017), 840–845. | DOI

[3] Badjic, J. D., Balzani, V., Credi, A., Silvi, S., Stoddart, J. F.: A molecular elevator. Science 303 (2004), 1845–1849.

[4] Badjic, J. D., Ronconi, C. M., Stoddart, J. F., Balzani, V., Silvi, S., Credi, A.: Operating molecular elevators. J. Amer. Chem. Soc. 128 (2006), 1489–1499. | DOI

[5] Browne, W. R., Feringa, B. L.: Making molecular machines work. Nat. Nanotechnol. 1 (2006), 25–35. | DOI

[6] Cantrill, S. J., Youn, G. J., Stoddart, J. F., Williams, D. J.: Supramolecular daisy chains. J. Org. Chem. 66 (2001), 6857–6872. | DOI

[7] Carroll, G. T., Pollard, M. M., Van Delden, R., Feringa, B. L.: Controlled rotary motion of light-driven molecular motors assembled on a gold film. Chem. Sci. 1 (2010), 97–101. | DOI

[8] Coskun, A., Banaszak, M., Astumian, R. D., Stoddart, J. F., Grzybowski, B. A.: Great expectations: can artificial molecular machines deliver on their promise?. Chem. Soc. Rev. 41 (2012), 19–30. | DOI

[9] Coskun, A., Spruell, J. M., Barin, G., Dichtel, W. R., Flood, A. H., Botros, Y. Y., Stoddart, J. F.: High hopes: can molecular electronics realise its potential?. Chem. Soc. Rev. 41 (2012), 4827–4859. | DOI

[10] Durot, S., Reviriego, F., Sauvage, J. P.: Copper-complexed catenanes and rotaxanes in motion: 15 years of molecular machines. Dalton Trans. 39 (2010), 10557–10570. | DOI

[11] Erbas-Cakmak, S,, Leigh, D. A., Mcternan, C. T., Nussbaumer, A. L.: Artificial molecular machines. Chem. Rev. 115 (2015), 10081–10206.

[12] Feringa, B., Wynberg, H.: Torsionally distorted olefins. Resolution of cis- and trans-4,4’-Bi-1,1’,2,2’,3,3’-hexahydrophenanthrylidene. J. Amer. Chem. Soc. 99 (1977), 602–603. | DOI

[13] Huang, T. J., Brough, B., Ho, C. M., Liu, Y., Flood, A. H., Bonvallet, P. A., Tseng, H. R., Stoddart, J. F., Baller, M., Magonov, S.: A nanomechanical device based on linear molecular motors. Appl. Phys. Lett. 85 (2004), 5391–5393. | DOI

[14] Illustrated Glossary of Organic Chemistry. http://www.chem.ucla.edu/~harding/IGOC/A/aromatic_aromatic_interaction.html

[15] Iwaso, K., Takashima, Y., Harada, A.: Fast response dry-type artificial molecular muscles with c2 daisy chains. Nat. Chem. 8 (2016), 626–633. | DOI

[16] Jimenez, M. C., Dietrich-Buchecker, C., Sauvage, J. P.: Towards synthetic molecular muscles: Contraction and stretching of a linear rotaxane dimer. Angew. Chem. Int. Ed. 39 (2000), 3284–3287. | DOI

[17] Jimenez-Molero, M. C., Dietrich-Buchecker, C., Sauvage, J. P.: Chemically induced contraction and stretching of a linear rotaxane dimer. Chem. Eur. J. 8 (2002), 1456–1466. | DOI

[18] Kay, E. R., Leigh, D. A., Zerbetto, F.: Synthetic molecular motors and mechanical machines. Angew. Chem. Int. Ed. 46 (2007), 72–191. | DOI

[19] Ko, W. H.: Trends and frontiers of MEMS. Sens. Actuators A Phys. 136 (2007), 62–67.

[20] Koumura, N., Geertsema, E. M., Meetsma, A., Feringa, B. L.: Light-driven molecular rotor: Unidirectional rotation controlled by a single stereogenic center. J. Amer. Chem. Soc. 122 (2000), 12005–12006. | DOI

[21] Kudernac, T., Ruangsupapichat, N., Parschau, M., Macia, B., Katsonis, N., Harutyunyan, S. R., Ernst, K. H., Feringa, B. L.: Electrically driven directional motion of a four-wheeled molecule on a metal surface. Nature 479 (2011), 208–211. | DOI

[22] Lánský, Z.: Kráčející proteiny v nitru živých buněk. Pokroky Mat. Fyz. Astronom. 61 (2016) 273–284.

[23] Liu, Y., Flood, A. H., Bonvallett, P. A., Vignon, S. A., Northrop, B. H., Tseng, H. R., Jeppesen, J. O., Huang, T. J., Brough, B., Baller, M., Magonov, S., Solares, S. D., Goddard, W. A., Ho, C. M., Stoddart, J. F.: Linear artificial molecular muscles. J. Amer. Chem. Soc. 127 (2005), 9745–9759. | DOI

[24] Pengwang, E., Rabenorosoa, K., Rakotondrabe, M., Andreff, N.: Scanning micromirror platform based on MEMS technology for medical application. Micromachines 7 (2016), paper No. 24, DOI: 10.3390/mi7020024. | DOI

[25] Pollard, M. M., Klok, M., Pijper, D., Feringa, B. L.: Rate acceleration of light-driven rotary molecular motors. Adv. Funct. Mater. 17 (2007), 718–729. | DOI

[26] Pollard, M. M., Ter Wiel, M. K. J., Van Delden, R. A., Vicario, J., Koumura, N., Van Den Brom, C. R., Meetsma, A., Feringa, B. L.: Light-driven rotary molecular motors on gold nanoparticles. Chem. Eur. J. 14 (2008), 11610–11622. | DOI

[27] Ramström, O.: Molecular machines. Scientific Background on the Nobel Prize in Chemistry 2016. The Royal Swedish Academy of Sciences, Stockholm, 2016, https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2016/ | MR

[28] Vachon, J., Carroll, G. T., Pollard, M. M., Mes, E. M., Brouwer, A. M., Feringa, B. L.: An ultrafast surface-bound photo-active molecular motor. Photochem. Photobiol. Sci. 13 (2014), 241–246. | DOI

[29] Van Dongen, S. F. M., Cantekin, S., Elemans, J., Rowan, A. E., Nolte, R. J. M.: Functional interlocked systems. Chem. Soc. Rev. 43 (2014), 99–122. | DOI

[30] Wang, J. B., Feringa, B. L.: Dynamic control of chiral space in a catalytic asymmetric reaction using a molecular motor. Science 331 (2011), 1429–1432. | DOI

[31] Xue, M., Yang, Y., Chi, X. D., Yan, X. Z., Huang, F. H.: Development of pseudorotaxanes and rotaxanes: from synthesis to stimuli-responsive motions to applications. Chem. Rev. 115 (2015), 7398–7501. | DOI