Нобелевская премия по химии 2016 года
Нобелевская премия 2016 в области химии присуждена Жану-Пьеру Саважу, Фрейзеру Стоддарту и Бернарду Феринге за проектирование и синтез молекулярных машин. Этим исследователям удалось разработать молекулы, способные к контролируемому движению под воздействием внешних факторов и выполнению полезной работы в процессе этого движения.
Все прекрасно знают, как миниатюризация микросхем и источников питания привела нас к компьютерной революции. Лауреаты Нобелевской премии по химии 2016 года заложили основы для миниатюризации механизмов, перенеся химию в новое измерение.
Рисунок ©: The official Site of the Nobel Prize
Первый успешный шаг к созданию молекулярных машин был сделан в 1983 году Жаном-Пьером Саважем (Jean-Pierre Sauvage), когда он получил первое «соединение без химических связей» – катенан (два макроциклических соединения, сплетенных как звенья цепи, но не образующие при этом химической связи друг с другом). Это был первый пример относительно свободного механического связывания двух молекул друг с другом, а для механизма (в том числе и молекулярного) необходима возможность перемещения образующих этот механизм деталей друг относительно друга. Переплетенные макроциклы вполне могли удовлетворять этому условию.
Второй шаг по направлению к «молекулам-механизмам» в 1991 году сделал Фрейзер Стоддарт (Fraser Stoddart), получивший ротаксан. Исследователю удалось получить еще одну механически связанную молекулярную систему: макроцикл, в который вдета линейная молекула, модифицированная на концах объемными группами, не дающими макроциклу соскочить с молекулярной оси. Дальнейшая работа над практическим применением ротаксанов привела к созданию молекулярных систем, способных работать и как молекулярный лифт, и как молекулярная имитация мышцы, и как логический элемент компьютера размером в одну молекулу.
И, наконец, Бернарду Феринге в 1999 году удалось впервые получить молекулярный мотор – молекулярную систему, способную непрерывно двигаться в одном направлении. С помощью молекулярных моторов он раскрутил стеклянный цилиндр, масса которого в десять тысяч раз превышала массу молекул, управляющих движением, а также отметился в создании молекулярной машины.
Конечно, в настоящий момент молекулярные машины находятся примерно на том же уровне развития, на котором в 1830-х годах находились электрические двигатели – в те времена засилья паровых машин мало кто мог представить, что пройдет не так уж много времени, и «нам электричество пахать и сеять будет», и сейчас придется еще подождать перехода на «молекулярную тягу». Тем не менее, молекулярные машины в некоторых областях применяются уже в настоящее время – для создания сенсоров, аналитических систем, а также для запасания энергии.
