Nieuws

's Werelds snelste rotaxaan

Daniël Linzel | vrijdag 20 december 2019

Combineer rotaxanen met de Nobelprijs-winnende fotochemieprincipes van Ben Feringa en je kunt met recordsnelheid de macroring over het ‘draadvormige’ deel van je rotaxaan laten gaan, staat in JACS.

Rotaxanen bestaan uit twee delen. Enerzijds een langwerpig molecuul met aan de uiteindes verbredingen, anderzijds een moleculaire ring die om het langwerpige deel heen zit en rustpunten heeft aan beide uiteindes. Dit soort moleculaire machines, waarbij de ring als een shuttlebus van het ene uiteinde of ‘station’ naar het andere ‘station’ springt, is niet nieuw, maar Amsterdamse onderzoekers pasten wel een nieuwe techniek toe om de ring te laten verspringen: een fotochemische zuur-basereactie.

Tatu Kumpulainen, Albert Brouwer en collega’s van het HIMS aan de Universiteit van Amsterdam maakten een rotaxaan met een ‘draad’ van polyether en de stations van respectievelijk succinamide en 3,6-dihydroxy-1,8-naftalimide. De tetra-amide-ring zit in eerste instantie met waterstofbruggen aan de zuurstofatomen van het succinamide. Vandaar kan het verspringen naar de zuurstofatomen van het naftalimide.

De onderzoekers lieten het verspringen een stapje sneller gaan door met licht het naftalimide te activeren. Dat initialiseert vervolgens een zuur-basereactie; een base neemt een proton van een van de OH-groepen weg. De negatieve lading die dan ontstaat trekt de polyetherdraad krom en haalt de ring als een harpoen naar de naftalimidekant (zie afbeelding) in slechts 30 ns over 1 nm, de snelste shuttletijd ooit gemeten. De geprotoneerde base retourneert daarna het eerder opgepikte proton, waardoor de lading verdwijnt en de ring weer terug springt naar het eerste station.

Met dit onderzoek willen de wetenschappers de invloed laten zien van het 'eindstation' en de draad op de werking en shuttlesnelheid van het rotaxaan.