الترجمة الأحادية النسبية في تجميع جزيئي اصطناعي مدفوع بالضوء

تحول الجزيئات الحركية الموجودة في الطبيعة مدخلات الطاقة، مثل الوقود الكيميائي أو الفوتونات الساقطة من الضوء، إلى حركة موجهة وتدفع النظم البيوكيميائية بعيدًا عن حالة التوازن الحراري. القدرة على التحكم ليس فقط في الحركات النسبية للمكونات في الجزيئات ولكن أيضًا في دفع مكوناتها بشكل تفضيلي في اتجاه واحد بالنسبة إلى بعضها باستخدام المحفزات المتنوعة هي واحدة من المفاتيح للتطبيقات التكنولوجية المستقبلية. هنا، نوصف نظامًا كيميائيًا اصطناعيًا بالكامل يتعرض، تحت تأثير المواد الكيميائية، أو الجهد الكهربائي، أو الضوء المرئي، إلى حركة انتقالية نسبية أحادية الاتجاه. يؤدي تغيير حالة الأكسدة والاختزال لحلقة cyclobis(paraquat-p-phenylene) في وقت واحد إلى (i) عكس الارتفاعات النسبية للقيود الحركية التي تقدمها الطرفان - أحدهما مجموعة 2-isopropylphenyl المحايدة والآخر وحدة 3,5-dimethylpyridinium المشحونة إيجابيًا - من دميبل غير متماثل تكويني، والذي يمكن أن يعيق عملية الخيط/فك الخيط لجزيء 2pseudorotaxane، و(ii) يتحكم في ارتباط الحلقة بموقع ارتباط 1,5-dioxynaphthalene الموجود في قلب الدميبل المركزي. تم إثبات تشكيل وتفكك 2pseudorotaxane من خلال مرور الحلقة فوق طرفي الدميبل المحايد والمشحون إيجابيًا في اتجاه واحد فقط محدد نسبيًا بواسطة (i) وسائل طيفية ((1)H NMR و UV/vis) وقياس الجهد الدوري، وكذلك بواسطة (ii) حسابات DFT و(iii) من خلال المقارنة مع المركبات التحكم في شكل 2pseudorotaxanes المتناظرة تكوينيًا، أحدهما له طرفين مشحونين إيجابيًا والآخر له طرفين محايدين. تعتمد عملية النظام بشكل كامل على تفاعلات الروابط غير التساهمية القابلة للعكس، لكن المستقرة. علاوة على ذلك، في وجود مادة حساسة للضوء، تكون طاقة الضوء المرئي هي المصدر الوحيد للوقود اللازم لدفع الترجمة الجزيئية الأحادية الاتجاه، مما يجعل من الممكن تكرار العملية عددًا من المرات دون تراكم المنتجات الثانوية.