सिंथेटिक आणविक मोटर



सिंथेटिक आणविक मोटर्स एक ऊर्जा इनपुट के तहत निरंतर दिशात्मक रोटेशन में सक्षम आणविक मशीनें हैं। यद्यपि आण्विक मोटर शब्द पारंपरिक रूप से स्वाभाविक रूप से होने वाली प्रोटीन को संदर्भित करता है जो गति (प्रोटीन गतिशीलता के माध्यम से) प्रेरित करता है, कुछ समूह गैर-जैविक, गैर-पेप्टाइड सिंथेटिक मोटरों का जिक्र करते समय भी शब्द का उपयोग करते हैं। कई रसायनज्ञ ऐसे आणविक मोटर्स के संश्लेषण का अनुसरण कर रहे हैं।

एक सिंथेटिक मोटर के लिए मूलभूत आवश्यकताएँ दोहराई जाने वाली 360° गति, ऊर्जा की खपत और एकदिशीय घुमाव हैं। इस दिशा में पहले दो प्रयास, बोस्टन कॉलेज के डॉ. टी. रॉस केली द्वारा सहकर्मियों के साथ रासायनिक रूप से संचालित मोटर और बेन फेरिंगा और सहकर्मियों द्वारा प्रकाश-चालित मोटर, 1999 में प्रकृति के इसी अंक में प्रकाशित किए गए थे। (जर्नल)।

2020 तक, सबसे छोटी परमाणु रूप से सटीक आणविक मशीन में एक रोटर होता है जिसमें चार परमाणु होते हैं।

== रासायनिक रूप से संचालित रोटरी आणविक मोटर्स == 1999 में केली और सहकर्मियों द्वारा सिंथेटिक रासायनिक रूप से संचालित रोटरी आणविक मोटर के लिए एक प्रोटोटाइप का उदाहरण दिया गया था। उनकी प्रणाली तीन-ब्लेड ट्रिप्टीसीन रोटर और एक हेलिकेन से बनी है, और एक यूनिडायरेक्शनल 120 डिग्री रोटेशन करने में सक्षम है।

यह परिक्रमा पांच चरणों में होती है। ट्राइप्टीसीन अंश पर मौजूद अमीन समूह एक विषैली गैस (ए) के साथ संघनन द्वारा एक आइसोसाइनेट समूह में परिवर्तित हो जाता है। केंद्रीय बंधन के चारों ओर थर्मल या सहज रोटेशन तब आइसोसायनेट समूह को हेलीसीन मोएटिटी (बी) पर स्थित हाइड्रॉकसिल समूह की निकटता में लाता है, जिससे इन दोनों समूहों को एक दूसरे के साथ प्रतिक्रिया करने की अनुमति मिलती है (सी)। यह प्रतिक्रिया अपरिवर्तनीयता प्रणाली को एक तनाव (रसायन विज्ञान) चक्रीय कार्बामेट के रूप में फँसाती है जो ऊर्जा में अधिक है और इस प्रकार मूल स्थिति की तुलना में घूर्णी ऊर्जा बाधा के करीब है। ट्रिप्टीसीन मौएटिटी के आगे रोटेशन को इस बाधा को दूर करने के लिए केवल अपेक्षाकृत कम मात्रा में सक्रियण ऊर्जा की आवश्यकता होती है, जिससे तनाव (डी) जारी होता है। अंत में, urethane समूह की दरार अणु (e) के अमीन और अल्कोहल कार्यात्मक समूह को पुनर्स्थापित करती है।

घटनाओं के इस क्रम का परिणाम हेलिसिन मौएटिटी के संबंध में ट्रिप्टीसीन मोएटिटी का एक यूनिडायरेक्शनल 120 डिग्री रोटेशन है। ट्रिप्टीसीन रोटर के अतिरिक्त आगे या पीछे घूमने को हेलिसिन मोएटिटी द्वारा बाधित किया जाता है, जो शाफ़्ट (उपकरण) के पावल के समान कार्य करता है। सिस्टम की यूनिडायरेक्शनलिटी हेलिकेन मौएटिटी के असममित तिरछा और साथ ही सी में बनने वाले चक्रीय यूरेथेन के तनाव दोनों का परिणाम है। इस तनाव को केवल d में ट्रिप्टीसीन रोटर के क्लॉकवाइज रोटेशन द्वारा ही कम किया जा सकता है, क्योंकि दोनों वामावर्त रोटेशन के साथ-साथ d की व्युत्क्रम प्रक्रिया ऊर्जावान रूप से प्रतिकूल है। इस संबंध में रोटेशन की दिशा के लिए प्राथमिकता कार्यात्मक समूहों की स्थिति और हेलिकेन के आकार दोनों के द्वारा निर्धारित की जाती है और इस प्रकार बाहरी कारकों द्वारा तय किए जाने के बजाय अणु के डिजाइन में निर्मित होती है।

केली और सहकर्मियों द्वारा मोटर एक सुंदर उदाहरण है कि कैसे रासायनिक ऊर्जा का उपयोग नियंत्रित, यूनिडायरेक्शनल घूर्णी गति को प्रेरित करने के लिए किया जा सकता है, एक प्रक्रिया जो जीवों में एडेनोसाइन ट्रायफ़ोस्फेट की खपत के समान होती है ताकि कई प्रक्रियाओं को बढ़ावा दिया जा सके। हालांकि, यह एक गंभीर खामी से ग्रस्त है: घटनाओं का क्रम जो 120° रोटेशन की ओर ले जाता है, दोहराए जाने योग्य नहीं है। इसलिए केली और सहकर्मियों ने सिस्टम को विस्तारित करने के तरीकों की खोज की है ताकि इस क्रम को बार-बार किया जा सके। दुर्भाग्य से, इस उद्देश्य को पूरा करने के उनके प्रयास सफल नहीं हुए हैं और वर्तमान में परियोजना को छोड़ दिया गया है। 2016 में डेविड लेह (वैज्ञानिक) के समूह ने पहली स्वायत्त रासायनिक-ईंधन वाली सिंथेटिक आणविक मोटर का आविष्कार किया। सिंथेटिक रासायनिक रूप से संचालित रोटरी आणविक मोटर्स के कुछ अन्य उदाहरण, जो सभी अभिकर्मकों के अनुक्रमिक जोड़ से संचालित होते हैं, की सूचना दी गई है, जिसमें चिरल अभिकर्मकों के उपयोग से एक मिश्रण का गुच्छा बायरिल लैक्टोन की stereoselectivity रिंग खोलने की प्रतिक्रिया का उपयोग शामिल है, जिसके परिणामस्वरूप एक निर्देशित होता है। एक एरील का दूसरे एरील के सापेक्ष 90° घूर्णन। ब्रांचऑड और सहकर्मियों ने बताया है कि एक अतिरिक्त रिंग समापन कदम के बाद इस दृष्टिकोण का उपयोग गैर-दोहराए जाने योग्य 180 डिग्री रोटेशन को पूरा करने के लिए किया जा सकता है। फेरिंगा और सहकर्मियों ने इस दृष्टिकोण का उपयोग एक अणु के अपने डिजाइन में किया जो 360 डिग्री रोटेशन को दोहरा सकता है। इस आणविक मोटर का पूर्ण घूर्णन चार चरणों में होता है। आर्यल विक्षनरी के ए और सी रोटेशन के चरणों में: आंशिकता प्रतिबंधित है, हालांकि चुंबकीय हेलीसिटी व्युत्क्रमण संभव है। चरण बी और डी में एरील नेफ़थलीन के संबंध में घूम सकता है, जिसमें एरील को नेफ़थलीन को पारित करने से रोका जा सकता है। रोटरी चक्र में रासायनिक रूप से प्रेरित चार चरण होते हैं जो एक चरण को अगले चरण में बदलने का एहसास कराते हैं। चरण 1 और 3 असममित रिंग खोलने वाली प्रतिक्रियाएं हैं जो एरील के रोटेशन की दिशा को नियंत्रित करने के लिए एक चिरल अभिकर्मक का उपयोग करती हैं। चरण 2 और 4 में फिनोल के सुरक्षात्मक समूह शामिल हैं, इसके बाद क्षेत्रीय चयनात्मकता रिंग गठन होता है।

प्रकाश चालित रोटरी आणविक मोटर्स
1999 में बेन फेरिंगा की प्रयोगशाला|प्रो. नीदरलैंड के ग्रोनिंगन विश्वविद्यालय में डॉ. बेन एल. फेरिंगा ने एक दिशाहीन आणविक रोटर के निर्माण की सूचना दी। उनकी 360 डिग्री आणविक मोटर प्रणाली में अक्षीय चिरायता प्रदर्शित करने वाले एल्केन डबल बॉन्ड से जुड़े एक बीआईएस-हेलीसीन होते हैं और दो स्टीरियोसेंटर होते हैं।

यूनिडायरेक्शनल रोटेशन के एक चक्र में उष्माक्षेपी प्रतिक्रिया चरण होते हैं। पहला कदम ट्रांस आइसोमर (पी, पी) आइसोमर '1' से सिस आइसोमर (एम, एम) '2' का कम तापमान एंडोथर्मिक प्रतिक्रिया फोटोओमेराइजेशन है, जहां पी दाएं हाथ के कुंडलित वक्रता के लिए है और एम बाएं के लिए है- हाथ हेलिक्स। इस प्रक्रिया में, दो अक्षीय बंधन मिथाइल समूह दो कम त्रिविम बाधा अनुकूल भूमध्यरेखीय बंधन मिथाइल समूहों में परिवर्तित हो जाते हैं।

तापमान को 20 डिग्री सेल्सियस तक बढ़ाकर ये मिथाइल समूह एक्सोथर्मिक प्रतिक्रिया को (पी, पी) सीआईएस अक्षीय समूहों ('3') में 'हेलिक्स उलटा' में परिवर्तित कर देते हैं। क्योंकि अक्षीय आइसोमर विषुवतीय आइसोमर की तुलना में अधिक स्थिर है, रिवर्स रोटेशन अवरुद्ध है। एक दूसरा photoisomerization (पी, पी) सीआईएस '3' को (एम, एम) ट्रांस '4' में परिवर्तित करता है, फिर से स्टेरिली प्रतिकूल भूमध्यरेखीय मिथाइल समूहों के गठन के साथ। 60 डिग्री सेल्सियस पर एक थर्मल आइसोमेराइजेशन प्रक्रिया 360 डिग्री चक्र को वापस अक्षीय स्थिति में बंद कर देती है। दूर करने के लिए एक बड़ी बाधा इन प्रणालियों में पूर्ण रोटेशन के लिए लंबा प्रतिक्रिया समय है, जो जैविक प्रणालियों में मोटर प्रोटीन द्वारा प्रदर्शित रोटेशन गति की तुलना नहीं करता है। अब तक की सबसे तेज़ प्रणाली में, फ्लोरीन के निचले आधे हिस्से के साथ, थर्मल हेलिक्स उलटा का आधा जीवन 0.005 सेकंड है। इस यौगिक को बार्टन-केलॉग प्रतिक्रिया का उपयोग करके संश्लेषित किया जाता है। माना जाता है कि इस अणु में इसके रोटेशन में सबसे धीमा कदम, ऊष्मीय रूप से प्रेरित हेलिक्स-उलटा, और अधिक तेजी से आगे बढ़ना माना जाता है क्योंकि बड़ा टर्ट-ब्यूटाइल | टर्ट-ब्यूटाइल समूह अस्थिर आइसोमर को मिथाइल समूह के उपयोग से भी कम स्थिर बनाता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि अस्थिर आइसोमर संक्रमण अवस्था की तुलना में अधिक अस्थिर होता है जो हेलिक्स-इनवर्जन की ओर जाता है। दो अणुओं के अलग-अलग व्यवहार को इस तथ्य से स्पष्ट किया गया है कि तृतीयक-ब्यूटाइल समूह के बजाय मिथाइल समूह वाले यौगिक के लिए आधा जीवन काल 3.2 मिनट है। फेरिंगा सिद्धांत को एक प्रोटोटाइप नानो कर में शामिल किया गया है। कार कार्बनिक संश्लेषण में एक ओलिगो (फेनिलीन एथीनिलीन) चेसिस और चार कार्बोरेन पहियों के साथ एक हेलीसीन-व्युत्पन्न इंजन है और उम्मीद की जाती है कि यह स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोपी मॉनिटरिंग के साथ एक ठोस सतह पर चलने में सक्षम होगा, हालांकि अभी तक ऐसा नहीं देखा गया है। मोटर फुलरीन पहियों के साथ प्रदर्शन नहीं करता है क्योंकि वे मोटर मोइटी (रसायन विज्ञान) की फोटोकैमिस्ट्री को बुझाते हैं। जब रासायनिक रूप से ठोस सतहों से जुड़ा होता है तो फेरिंगा मोटर्स को भी संचालन योग्य दिखाया गया है। एक असममित उत्प्रेरक के रूप में कार्य करने के लिए कुछ फेरिंगा प्रणालियों की क्षमता का भी प्रदर्शन किया गया है। 2016 में, फेरिंगा को आणविक मोटर्स पर उनके काम के लिए नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था।

एकल-अणु इलेक्ट्रिक मोटर
का प्रायोगिक प्रदर्शन

एन-ब्यूटिल मिथाइल सल्फाइड (सी) के एक अणु से बने एक एकल अणु विद्युत संचालित मोटर5H12स) बताया गया है। रासायनिक शोषण द्वारा अणु को ताँबा (111) एकल क्रिस्टल के टुकड़े पर सोख लिया जाता है।

यह भी देखें

 * आणविक मशीन
 * आणविक मोटर्स
 * आणविक प्रोपेलर
 * नैनोमोटर

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 * प्रोटीन गतिकी
 * प्रकृति (पत्रिका)
 * अमाइन
 * स्टेरिक प्रभाव
 * रक्षा करने वाला समूह
 * स्टेरिक अवरोध
 * शमन