El nanocoche es una molécula diseñada en 2005 en la Universidad de Rice por un grupo encabezado por el profesor James Tour . A pesar del nombre, el nanocar original no contiene un motor molecular , por lo tanto, no es realmente un automóvil. Más bien, fue diseñado para responder a la pregunta de cómo se mueven los fullerenos sobre superficies metálicas; específicamente, si ruedan o se deslizan (ruedan).
Nombres | |
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Nombre IUPAC preferido 7 4 , 16 5 -bis [(2,5-bis (deciloxi) -4 - {[(C 60 - I h ) [5,6] fulleren-1 (9 H ) -il] etinil} fenil) etinil] -4 2 , 4 5 , 10 2 , 10 5 , 13 2 , 13 5 , 19 2 , 19 5 -octakis (deciloxi) -1 9 H , 22 9 H-1,22 (1) -di (C 60 - I h ) [5,6] fullerena-4,10,13,19 (1,4), 7,16 (1,2) -hexabenzenadodecaphane-2,5 , 8,11,14,17,20-heptayne | |
Identificadores | |
Modelo 3D ( JSmol ) |
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ChemSpider | |
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Propiedades | |
C 430 H 274 O 12 | |
Masa molar | 5632.769 |
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). | |
Referencias de Infobox | |
La molécula consta de un 'chasis' en forma de H con grupos de fullereno unidos en las cuatro esquinas para actuar como ruedas.
Cuando se dispersan sobre una superficie de oro , las moléculas se adhieren a la superficie a través de sus grupos de fullereno y se detectan mediante microscopía de efecto túnel . Se puede deducir su orientación ya que la longitud del marco es un poco más corta que su ancho.
Al calentar la superficie a 200 ° C, las moléculas se mueven hacia adelante y hacia atrás mientras ruedan sobre sus "ruedas" de fullereno. El nanocoche puede rodar porque la rueda de fullereno está acoplada al "eje" del alquino a través de un enlace sencillo carbono-carbono . El hidrógeno del carbono vecino no es un gran obstáculo para la rotación libre. Cuando la temperatura es lo suficientemente alta, los cuatro enlaces carbono-carbono giran y el automóvil gira. Ocasionalmente, la dirección del movimiento cambia a medida que la molécula gira. La acción rodante fue confirmada por el profesor Kevin Kelly, también en Rice, tirando de la molécula con la punta del STM .
Contribución conceptual temprana independiente
El concepto de un nanocoche construido a partir de "juguetes de maniquí" moleculares se planteó por primera vez en la Quinta Conferencia Prospectiva sobre Nanotecnología Molecular (noviembre de 1997). [2] Posteriormente, se publicó una versión ampliada en Annals of Improbable Research . [3] Se supone que estos artículos son una contribución no tan seria a un debate fundamental sobre los límites de la nanotecnología Drexleriana de abajo hacia arriba y los límites conceptuales de hasta qué punto las analogías mecanicistas propuestas por Eric Drexler podrían llevarse a cabo. La característica importante de este concepto de nanocoche fue el hecho de que todos los componentes moleculares de juguete eran moléculas conocidas y sintetizadas (por desgracia, algunas muy exóticas y recién descubiertas, por ejemplo , staffanes , y notablemente, rueda férrica, 1995), en contraste con algunas estructuras diamondoides drexlerianas que solo fueron postulados y nunca sintetizados; y el sistema de propulsión que estaba integrado en una rueda férrica e impulsado por un campo magnético no homogéneo o dependiente del tiempo de un sustrato: un concepto de "motor en una rueda".
Nanodragster
El Nanodragster , apodado el hot rod más pequeño del mundo , es un nanocoche molecular. [1] [4] El diseño mejora los diseños de nanocoches anteriores y es un paso hacia la creación de máquinas moleculares . El nombre proviene del parecido del nanocoche con un dragster , ya que su montaje de ruedas escalonadas tiene un eje más corto con ruedas más pequeñas en la parte delantera y un eje más grande con ruedas más grandes en la parte trasera.
El nanocoche fue desarrollado en el Instituto Richard E. Smalley de Ciencia y Tecnología a Nanoescala de la Universidad de Rice por el equipo de James Tour , Kevin Kelly y otros colegas involucrados en su investigación. [5] [6] El nanocoche desarrollado anteriormente tenía de 3 a 4 nanómetros, que era un poco más [¿el ancho de?] Una hebra de ADN y era alrededor de 20.000 veces más delgado que un cabello humano. [7] Estos nanocoches se construyeron con buckyballs de carbono como sus cuatro ruedas, y la superficie sobre la que se colocaron requería una temperatura de 400 ° F (200 ° C) para que se moviera. Por otro lado, un nanocoche que utiliza ruedas de p- carborano se mueve como si se deslizara sobre hielo, en lugar de rodar. [8] Tales observaciones llevaron a la producción de nanocoches que tenían ambos diseños de ruedas.
El nanodragster es 50.000 veces más fino que un cabello humano y tiene una velocidad máxima de 0,014 milímetros por hora (0,0006 pulgadas / h). [4] [9] [10] Las ruedas traseras son moléculas esféricas de fullereno , o buckyballs, compuestas de sesenta átomos de carbono cada una, que son atraídas por una tira de arrastre que está formada por una capa muy fina de oro . Este diseño también permitió al equipo de Tour operar el dispositivo a temperaturas más bajas.
El nanodragster y otras nanomáquinas están diseñadas para su uso en el transporte de artículos. La tecnología se puede utilizar en la fabricación de circuitos informáticos y componentes electrónicos, o junto con productos farmacéuticos dentro del cuerpo humano. [11] Tour también especuló que el conocimiento obtenido de la investigación de nanocoches ayudaría a construir sistemas catalíticos eficientes en el futuro.
Movimiento direccional impulsado eléctricamente de una molécula de cuatro ruedas sobre una superficie metálica
Kudernac y col. describió una molécula especialmente diseñada que tiene cuatro "ruedas" motorizadas. Al depositar la molécula en una superficie de cobre y proporcionarles suficiente energía de los electrones de un microscopio de efecto túnel , pudieron conducir algunas de las moléculas en una dirección específica, como un automóvil, siendo la primera molécula individual capaz de continuar moviéndose en la misma dirección a través de una superficie. La tunelización de electrones inelásticos induce cambios conformacionales en los rotores e impulsa la molécula a través de una superficie de cobre. Al cambiar la dirección del movimiento giratorio de las unidades motoras individuales, la estructura molecular autopropulsada de "cuatro ruedas" puede seguir trayectorias aleatorias o preferentemente lineales. Este diseño proporciona un punto de partida para la exploración de sistemas mecánicos moleculares más sofisticados, quizás con un control completo sobre su dirección de movimiento. [12] Este nanocoche eléctrico fue construido bajo la supervisión del químico Bernard L. Feringa de la Universidad de Groningen , quien recibió el Premio Nobel de Química en 2016 por su trabajo pionero en nanomotores , junto con Jean-Pierre Sauvage y J. Fraser Stoddart . [13]
Nanocoche de motor
Jean-Francois Morin et al. Desarrollaron un futuro nanocoche con un motor molecular sintético . [14] Está equipado con ruedas de carborano y un motor molecular sintético helicene de propulsión ligera . Aunque el resto del motor mostró rotación unidireccional en solución, aún no se ha observado el movimiento impulsado por la luz en una superficie. La movilidad en agua y otros líquidos también se puede lograr mediante una hélice molecular en el futuro.
Ver también
- NanoPutian
- Carrera de nanocar
Referencias
- ^ a b c Shirai, Y .; et al. (2005). "Control direccional en nanocoches de molécula única impulsados térmicamente". Nano Lett . 5 (11): 2330–34. Código bibliográfico : 2005NanoL ... 5.2330S . doi : 10.1021 / nl051915k . PMID 16277478 .
- ^ MT Michalewicz Nano-cars: el sueño de Feynman cumplido o el último desafío para la industria automotriz . Resumen de la publicación. La Quinta Conferencia de Prospectiva sobre Nanotecnología Molecular, Palo Alto (5 al 8 de noviembre de 1997)
- ^ MT Michalewicz Nano-cars: tecnología habilitadora para la construcción de pirámides de Buckyball Archivado el 19 de junio de 2018 en la Wayback Machine , Annals of Improbable Research, vol. IV, No. 3 marzo / abril de 1998
- ^ a b Hadhazy, Adam (19 de enero de 2010). "El hot rod más pequeño del mundo estimula las nanotecnologías" . NBC News . Consultado el 20 de enero de 2010 .
- ^ "Los científicos de Texas desarrollan 'nanodragster ' " . Nano Tech Now . Consultado el 19 de enero de 2010 .
- ^ Shirai, Y .; et al. (2005). "Control direccional en nanocoches de molécula única impulsados térmicamente". Nano Lett . 5 (11): 2330–34. Código bibliográfico : 2005NanoL ... 5.2330S . doi : 10.1021 / nl051915k . PMID 16277478 .
- ^ "Especificaciones anteriores de Nanocar" . El futuro de las cosas . Archivado desde el original el 14 de julio de 2007 . Consultado el 20 de enero de 2010 .
- ^ "El coche de carreras más pequeño del mundo fabricado con nanotecnología" .
- ^ " Carreras de ' Nanodragster' hacia el futuro de las máquinas moleculares" . Science Daily . Consultado el 19 de enero de 2010 .
- ^ " ' Nanodragster' corre hacia el futuro de las máquinas moleculares" . Nano Techwire . Archivado desde el original el 14 de julio de 2011 . Consultado el 20 de enero de 2010 .
- ^ "Nuevo modelo de Nanocar en el piso de la sala de exposiciones" . El futuro de las cosas . Archivado desde el original el 14 de julio de 2007 . Consultado el 20 de enero de 2010 .
- ^ Kudernac, Tibor; Ruangsupapichat, Nopporn; Parschau, Manfred; MacIá, Beatriz; Katsonis, Nathalie; Harutyunyan, Syuzanna R .; Ernst, Karl-Heinz; Feringa, Ben L. (2011). "Movimiento direccional impulsado eléctricamente de una molécula de cuatro ruedas sobre una superficie metálica". Naturaleza . 479 (7372): 208-11. Código bibliográfico : 2011Natur.479..208K . doi : 10.1038 / nature10587 . PMID 22071765 . S2CID 6175720 .
- ^ El Premio Nobel de Química 2016 fue otorgado conjuntamente a Jean-Pierre Sauvage, Sir J. Fraser Stoddart y Bernard L. Feringa "por el diseño y síntesis de máquinas moleculares".
- ^ Morin, Jean-François; Shirai, Yasuhiro; Gira, James M. (2006). "De camino a un nanocoche motorizado". Org. Lett . 8 (8): 1713–16. doi : 10.1021 / ol060445d . PMID 16597148 .