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Un motor molecular funciona de manera independiente, sin necesidad de ayuda externa, en un depósito de combustible químico

 

Las proteínas motoras son esenciales en el movimiento muscular en animales y en el transporte de moléculas a través de las membranas celulares. Un grupo de investigadores ha conseguido imitarlas tras desarrollar y crear el primer motor artificial que funciona autónomamente (es decir, sin intervención externa) en combustible químico.

 

La madre naturaleza no es fácil de imitar, por lo que un motor artificial propulsado químicamente que funcione como una proteína motora “es un gran progreso”, comenta Jonathan Clayden de la Universidad de Bristol (Reino Unido), un experto en química basada en mimetismo biológico. Asegura que podría impulsar “en escala nanométrica un polímero o un soporte sólido al que se hubiera fijado” y que “podría conducir a solenoides, remos, hélices y válvulas a escalas moleculares”.

 

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El motor molecular funciona autónomamente en un combustible formado por 9-fluorenilmetoxicarbonilo y trietilamina. El combustible añade y elimina alternativamente grupos protectores para dirigir el movimiento del anillo pequeño.
Credit: Adaptación de Nature

 

Los diseños previos de motores no autónomos impulsados químicamente requerían intervención constante, teniendo que serles suministrado una secuencia de compuestos para que fueran capaces de completar cada ciclo de funcionamiento. Por otro lado, los motores moleculares autónomos diseñados hasta la fecha requieren una fuente externa constante de luz en vez de un depósito de combustible químico, asemejándolos más a un motor eléctrico enchufado a la red que a un coche.

 

Ben L. Feringa de la Universidad de Groningen (Países Bajos), cuyo grupo ha desarrollado los sistemas anteriores, dice que motores autónomos con propulsión química como los reportados “podrían tener expectativas de gran alcance en el impulso de nanomáquinas y robótica”.

 

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Esta breve animación muestra los ciclos de funcionamiento del nuevo motor molecular autónomo propulsado químicamente. El combustible (eliminado de la imagen para simplificar) reacciona para añadir y quitar grupos protectores (esferas rojas) del anillo principal o vía (gris claro). Un anillo pequeño (azul) entrelazado al principal difunde y se desplaza alrededor de éste entre un trazador delimitado por dos sitios de unión fumaramida (verde). La adición o eliminación secuencial de los grupos protectores mantiene al anillo pequeño recorriendo el circuito hacia adelante.
Credit: David A. Leigh

 

David A. Leigh de la Universidad de Manchester (Reino Unido) y sus colaboradores consiguieron que el nuevo motor funcionase sintetizando un 2-catenano, con un pequeño anillo orgánico enroscado en torno a otro anillo mayor por el que puede desplazarse a modo de vía (Nature 2016, DOI: 10.1038/nature18013). El movimiento se produce por difusión entre dos sitios de unión fumaramida. Grupos protectores extraíbles situados en la pista del anillo principal evitan que el pequeño pueda moverse marcha atrás, obligándolo a difundir hacia adelante.

 

El combustible químico es cloruro 9-fluorenilmetoxicarbonilo (Fmoc-Cl) mezclado con trietilamina (Et3N). El Fmoc-Cl reacciona catalíticamente para formar el grupo protector Fmoc carbonato y la trietilamina los separa. Esta reacción produce dibenzofulveno, hidrocloruro de trietilamina y dióxido de carbono como subproductos.

 

El motor se mueve muy lentamente, cada vuelta tarda unas 12 horas. “Los motores moleculares artificiales alimentados por energía lumínica son mucho más rápidos”, añade Clayden, “por lo que aumentar la velocidad de movimiento es el desafío clave a superar”. Leigh dice que, como en la mayoría de los prototipos, este nuevo motor molecular es irremediablemente ineficiente. Sin embargo, como también comenta “los primeros motores sólo podían mover coches a 8 kilómetros por hora. Por algo hay que empezar”.

 

Artículo original publicado por Stu Borman en C&EN
Copyright © 2016, por la American Chemical Society. Todos los
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Society.

Traductor

Greco González Miera
Licenciado en Química por la Universidad de Zaragoza con una estancia Erasmus en la Westfälische Wilhelms-Universität de Münster (Alemania) y, a día de hoy, en la Universidad de Estocolmo (Suecia) haciendo mi tesis doctoral en el departamento de Química Orgánica. Admirador secreto de los rincones secretos y vivencias que depara el planeta. Viajero pero comodón, deportista pero glotón, extrovertido pero gruñón. Colaborador de @gomobel en todo lo que me propone y autoinvitado a lo que no.