Molekulární stroje

Baxová, Katarína ; Veľas, Lukáš ; Plášek, Jaromír

Pokroky matematiky, fyziky a astronomie, Tome 62 (2017) no. 3, pp. 171-184.

Résumé

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.