Name: light-driven molecular motors on surfaces for single molecular imaging
Uploaded: 2019-03-13T13:00:00
Duration: 8 min 40 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Light-driven Molecular Motors on Surfaces for Single Molecular Imaging at JoVE.com

Dette arbeidet ble støttet økonomisk av Nederland organisasjonen for vitenskapelig forskning (NWO-CW), europeiske forskningsråd (ERC, avansert grant nr. 694345 til B.L.F.), og departementet for utdanning, kultur og vitenskap (gravitasjon programmet nei. 024.001.035).

Merk: Organisk syntese er store kjernen i dette prosjektet. Figur 1 viser de viktigste trinnene og hvordan du anskaffer mål molekylet.
1. forberedelse av 1b
Merk: Løsemidler ble kjøpt i analytisk klasse.
<ol><li>
Syntese av keton (3) Merk: Først, en fem-medlem ring keton 2 med en iodo gruppe er functionalized fordi det er mer reaktiv. Denne reaksjonen utføres under argon atmosfære.<ol>
<li>I en forseglet tube (100 mL) som inneholder 2 (640 mg, 2,3 mmol), CuI (219 mg, 1.1 mmol) og NaI (3.44 g, 23 mmol) til 1,4-dioxane (50 mL) og N, N'-dimethyl ethylenediamine (202 mg, 2,3 mmol).</li>
		<li>Angi reaksjon temperaturen til 140 ° C og rør i 24 timer.</li>
		<li>Avkjøle blandingen til romtemperatur (RT), fjerne løsemiddelet i vacuo og rense det gjenværende materialet av flash kromatografi: SiO2 (40 g); eluent: pentane: EtOAc = 10:1 (totalt = 550 mL). Produktet bør fås som en gul, klissete olje (642 mg, 91%).</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Syntese av motor 5 Merk: Bruk Barton-Kellogg reaksjonen til sentrale dobbelt bånd. Denne reaksjonen utføres under argon.<ol>
<li>I en 50 mL runde bunn bolle, Legg Lawessons reagens (415 mg, 1.1 mmol), keton 3 (219 mg, 0.68 mmol) og toluen (10 mL).</li>
		<li>Varm blandingen på reflux for 2t og senere fordampe løsemiddelet.</li>
		<li>Rense rester av flash kolonne: SiO2 (24 g), eluent: pentane: ethyl acetate = 30: 1 (totalt = 155 mL) å få den tilsvarende thioketone, som er senere redissolved i 20 mL THF å gi en blå løsning.</li>
		<li>Legger en THF løsning (20 mL) på diazo sammensatte 4 (476 mg, 1.37 mmol) til blå løsning og røre nylig blandet løsningen ved 50 ° C over natten. Merk: Dette er det mest avgjørende skrittet fra hele syntese. Diazo sammensatte og thioketone løsningen må være friske og bør gjøres før reaksjonen.</li>
		<li>Fordampe løsemiddelet og rense rester av kromatografi: SiO2 (24 g), eluent: pentane: lm2Cl2 = 10:1 (totalt = 220 mL) å gi motor 5 (250 mg, 50%) som en rød solid.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Syntese av motor 6 Merk: Når sentrale dobbelt bånd er dannet, erstatte gruppen iodo ved en acetylen moiety.<ol>
<li>En 20 mL Schlenk rør, legge 3 (165 mg, 0,26 mmol) Pd (PPh3)2Cl2 (2,5 muldvarp %), CuI (5 muldvarp %). Legg deretter til THF (10 mL) og (jeg-Pr)2NH (2 mL) som bør være frikirkelige argon for 10 min før.</li>
		<li>Rør blandingen på RT i 10 min. Legg deretter til triisopropylsilyl acetylen (42 mg, 0,27 mmol).</li>
		<li>Rør blandingen 15 h, og hell den i en vandig mettet NH4Cl løsning (25 mL).</li>
		<li>Pakk blandingen med lm2Cl2 (3 x 20 mL). Videre vaske kombinert organiske lagene med mettet saltlake og tørr (Na2SO4).</li>
		<li>Fjerne løsemiddelet og rense rester av flash kromatografi: SiO2 (12 g), eluent: pentane: lm2Cl2 = 10:1 (220 mL) å gi 8 som en brun olje (171 mg, 99%).</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Syntese av motoren 8 Merk: Denne reaksjonen er utført under argon.<ol>
<li>Rør en blanding av 6 (161 mg, 0,24 mmol), pinacol ester 7 (240 mg, 0.71 mmol), K3PO4 (300 mg, 1,44 mmol) og Pd (PPh3)4 (98 mg, 0.096 mmol) i 1, 4dioxane (20 mL) ved 90 ° C i en 50 mL Schlenk tube 16 h.</li>
		<li>Avkjøle blandingen til RT fortynne den med ethyl acetate (30 mL) og utføre for filtrering med et glass filter.</li>
		<li>Fjerne løsemiddelet. Rense rester av flash kolonne kromatografi: SiO2 (12 g), eluent: pentane: lm2Cl2= 1:6 (totalt = 122 mL) å gi ester 8 som en brun olje (156 mg, 56%).</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Syntese av motor 9
	<ol>
<li>Legge til TBAF (0,1 mL) i en løsning av 8 (120 mg, 0,13 mmol) i THF (10 mL) i en 20 mL Schlenk rør ved 0 ° C.</li>
		<li>Rør blandingen ved 0 ° C i 1 time og hell den i en vandig mettet NH4Cl løsning (20 mL).</li>
		<li>Ekstraksjon med CHCl3 (3 x 10 mL), vaskes kombinert organiske lagene med mettet saltlake og tørr (Na2SO4).</li>
		<li>Fjerne løsemiddelet og rense rester av flash kromatografi: SiO2 (12 g), eluent: pentane: ethyl acetate = 1:3 (124 mL) å gi 9 som en mørk rød olje (116 mg, 95%).</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Syntese av motor 12 Merk: Denne reaksjonen er utført under argon.<ol>
<li>En 20 mL Schlenk rør, legge til motor 9 (75 mg, 0,10 mmol) PBI 11 (68 mg, 0,10 mmol) Pd (PPh3)2Cl2 (2,5 mol %), CuI (5 mol %). Legg deretter til THF (10 mL) og (jeg-Pr)2NH (2 mL) som bør være frikirkelige argon for 10 min før.</li>
		<li>Rør blandingen over natten og hell den i en vandig mettet NH4Cl løsning.</li>
		<li>Ekstraksjon med CHCl3 (3 x 20 mL), vaskes kombinert organiske lagene med mettet saltlake og tørr (Na2SO4).</li>
		<li>Fjerne løsemiddelet og rense rester av flash kromatografi: SiO2 (12 g), eluent: CHCl3 (100 mL) å gi motor 12 som en mørk rød solid (66 mg, 57%).</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Syntese av motor 1b Merk: Når ester sammensatte er oppnådd, hydrolyze for å gjøre endelige mål molekylet.<ol>
<li>Oppløse de ester 12 (90 mg, 0.038 mmol) i THF (5 mL), MeOH (5 mL) og NaOH(a) (1 M, 5 mL) i en 50 mL bolle og varm blandingen til 75 ° C 16 h.</li>
		<li>Avkjøle blandingen til RT og legge 5 mL vann. Fjern THF og MeOH av roterende fordampning.</li>
		<li>Sjarmere blandingen med HCl(a) (1 M) fram en pH på 1 til en brun utløse. Filtrer blandingen og vaske brun solid med kaldt vann (10 mL) og tørr i vacuo. Denne brun solide er mål molekylet 1b (55 mg, 85%).</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. forberedelse av motor functionalized monolayer MS-1b
<ol><li>Rengjør kvarts lysbilder ved å fordype seg i en piranha løsning (3:7 forholdet mellom 30% H2O2 i H2SO4) ved 90 ° C i 1 h. skyll rikelig med dobbelt destillert vann 3 x, så skyll med MeOH. Tørr lysbildene under en strøm av N2 tidligere overflaten modifisering.</li>
	<li>Silanize kvarts piranha rengjort lysbilder ved å leve i en 1 mM løsning av 3-aminopropyl (diethoxy) methylsilane i fersk destillert toluen på RT for 12 h. skyll rikelig med toluen og MeOH.</li>
	<li>Sonicate av kvarts først i toluen, så MeOH, og tørk dem under en strøm av argon.</li>
	<li>Fordype Amin-belagt lysbildene i DMF løsning av 1b (10-4 M) på RT 12 h.</li>
	<li>Vask lysbildene med DMF, vann og MeOH, deretter tørkes under en strøm av argon. Etter tørking er lysbildene klar til bruk.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Berg, J. M., Tynoczko, J. L., Styer, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Biochemistry 5th ed. , (2006).</li><li>Erbas-Cakmak, S., Leigh, D. A., McTernan, C. T., Nussbaumer, A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Artificial+Molecular+Machines.">Artificial Molecular Machines.</a> Chemical Reviews. 115, 10081-10206 (2015).</li><li>Feringa, B. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Art+of+Building+Small:+From+Molecular+Switches+to+Motors.">The Art of Building Small: From Molecular Switches to Motors.</a> Angewandte Chemie: International Edition. 56, 11059-11078 (2017).</li><li>Stoddart, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+Machines.">Molecular Machines.</a> Accounts of Chemical Research. 34, 410-411 (2001).</li><li>Kinbara, K., Aida, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Toward+Intelligent+Molecular+Machines:+Directed+Motions+of+Biological+and+Artificial+Molecules+and+Assemblies.">Toward Intelligent Molecular Machines: Directed Motions of Biological and Artificial Molecules and Assemblies.</a> Chemical Reviews. 105, 1377-1400 (2005).</li><li>Kay, E. R., Leigh, D. A., Zerbetto, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthetic+Molecular+Motors+and+Mechanical+Machines.">Synthetic Molecular Motors and Mechanical Machines.</a> Angewandte Chemie: International Edition. 46, 72-191 (2007).</li><li>Kottas, G. S., Clarke, I. L., Horinek, D., Michl, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Artificial+Molecular+Rotors.">Artificial Molecular Rotors.</a> Chemical Reviews. 105, 1281-1376 (2005).</li><li>Watson, M. A., Cockroft, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Man-made+Molecular+Machines:+Membrane+Bound.">Man-made Molecular Machines: Membrane Bound.</a> Chemical Society Reviews. 45, 6118-6129 (2016).</li><li>Kassem, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Artificial+Molecular+Motors.">Artificial Molecular Motors.</a> Chemical Society Reviews. 46, 2592-2621 (2017).</li><li>Sauvage, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Molecular Machines and Motors. , (2001).</li><li>van Delden, R. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Unidirectional+molecular+motor+on+a+gold+surface.">Unidirectional molecular motor on a gold surface.</a> Nature. 437, 1337-1340 (2005).</li><li>Noji, H., Yasuda, R., Yoshida, M., Kinosita, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+observation+of+the+rotation+of+F1-ATPase.">Direct observation of the rotation of F1-ATPase.</a> Nature. 386, 299-302 (1997).</li><li>Hutchison, J. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+surface-bound+molecule+that+undergoes+optically+biased+Brownian+rotation.">A surface-bound molecule that undergoes optically biased Brownian rotation.</a> Nature Nanotechnology. 9, 131-136 (2014).</li><li>Krajnik, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Defocused+Imaging+of+UV-Driven+Surface-Bound+Molecular+Motors.">Defocused Imaging of UV-Driven Surface-Bound Molecular Motors.</a> Journal of the American Chemical Society. 139, 7156-7159 (2017).</li></ol>

Forfatterne ikke avsløre.

Dette prosjektet innebærer en betydelig mengde syntetiske arbeid; Derfor er det viktigste trinnet Organisk syntese mot siste molekylet. Blant totalt syntese er Barton-Kellogg reaksjon viktig, siden det er reaksjonen som dannes sentrale dobbelt bånd molekylær motoren. For øyeblikket er har flere metoder blitt brukt til slike strukturer. Her diazo-thioketone-kopling brukes, og de øvre og nedre halvdelene er utarbeidet som den diazo og thioketone forbindelser, henholdsvis. Thioketone og diazo forbindelser er vanligvis ikke stabilt under luft; Derfor krever reaksjonen rask opererer under en strengt inert atmosfære.
Eksisterende metoder for å begrense molekylær motorer på overflater er hovedsakelig basert på bipodal systemer. Men ble isomerization prosesser av tidligere designet bipodal motorer hindret på grunn av intermolekylære interaksjoner. I tillegg krever noen bipodal eksempler videre aktivisering før vedlegg. Det aktuelle metoden oppnår dette i en tetrapodal måte, som gir robust vedlegg av motoren på overflater med isolert plass.
En begrensning av denne metoden er valget av fluorescerende tag. Bare fargestoffer med bestemt bølgelengde er tillatt, rotasjonen av motor utløses av 365 nm bølgelengde og dermed skal ikke overlappe hverandre. I tillegg krever syntetiske ruten i beskrevet protokollen mot mål molekylet flere trinn som tøffe forhold er nødvendig for gjennomføring av reaksjonen. I fremtiden, er en mer lettvint syntetiske design sannsynligvis nødvendig hvis et mer avansert molekyl for enkelt molekylær bildebehandling.
Avslutningsvis er design og syntese av en svært functionalized lys-drevet molekylær motor beskrevet for første gang. Noen detaljer av syntetiske arbeid er også diskutert. Videre metoder pode motoren på en kvarts lysbildet overflate er vist, og prøven kan testes videre for visualisering av én molekylær bevegelse14.

I levende organismer er det rikelig molekylær motorer fungerer for å opprettholde daglige liv. De er i stand til å utføre ulike oppgaver som brensel produksjon, transport, mobilitet, etc.1. Tegning fra inspirasjon av disse fascinerende eksempler i naturen, har forskere utviklet en rekke kunstige molekylær motorer de siste tiårene konvertere ulike typer energi i kontrollerte bevegelse på molekylært nivå2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10. den Nobelprisen i kjemi i 2016 ble tildelt tre pionerer i dette feltet. Ben Feringa, en av prisvinnerne, har utviklet lys-drevet molekylær motoren som er i stand til å gjennomgå kontinuerlig einsretta roterende bevegelse.
Men på molekylært nivå er Brownsk bevegelse, også kjent som tilfeldige bevegelse molekylær kollisjoner og vibrasjoner, vanligvis store hinderet for ytterligere anvendelse av disse molekylær motorer. Brownsk bevegelse kan forstyrre noen regissert bevegelse. Trange molekylær motorene på overflater kan være ett av alternativene for å løse dette problemet. Dermed konverteres relative rotasjon av en del av molekylet forhold til andre til absolutt rotasjon av rotoren i forhold til overflaten11. I tillegg kan bruk av enkelt molekylær tenkelig teknikk å visualisere bevegelse. Derfor vil resultatene av dette arbeidet bidra til å få mer innsikt i syntetisk molekylær motoren.
Det banebrytende arbeidet til Yoshida og Kinosita (figur 2a)12,13 har fungert som inspirasjon for design i arbeidet, vist i figur 2b. Den nedre halvdelen av en lys-drevet molekylær motor er knyttet til en overflate som stator. Delen rotoren er functionalized med en rigid arm og fluorescerende etikett. Når du bruker to ulike bestråling bølgelengder systemet, utløse en rotasjon av motoren, mens andre vil opphisse fluorescerende koden. I prinsippet utløser den roterende bevegelsen av rotoren rotasjon av gruppen fluorescerende. Derfor kan rotasjon av fluorescerende koden bli etterfulgt av defokusert wide-field fluorescens mikroskopi. Denne metoden gir, for første gang, en metode for å konvertere den relative rotasjonen av en molekylær motor til absolutt rotasjon, og dermed en måte å visualisere rotasjon av en syntetisk motor.
Denne artikkelen inneholder detaljer om design, totalt syntese og løsning isomerization studier av en molekylær motor som brukes for enkelt molekylær bildebehandling. Den molekylære strukturen vises i Figur 3. I tillegg er metoden å feste molekylær motorer på kvarts overflaten beskrevet.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:827px;" width="826">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:353px;">NMR spectrometer</td>
			<td style="width:73px;">Varian</td>
			<td style="width:228px;">AMX400</td>
			<td style="width:172px;">for proton nmr study</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:353px;">Reagent for organic reactions</td>
			<td style="width:73px;">Sigma</td>
			<td style="width:228px;">analytical grade</td>
			<td>reagent for organic reactions</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Silica gel&#160;</td>
			<td style="width:73px;">Merck</td>
			<td>230-400 mesh ASTM</td>
			<td>Flash chromatography&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:353px;">Solvent</td>
			<td style="width:73px;">Acros</td>
			<td style="width:228px;">spectrophotometric grade&#160;</td>
			<td>Flash chromatography&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">UV lamp</td>
			<td style="width:73px;">ENB</td>
			<td style="width:228px;">280C</td>
			<td>for UV-vis irradation</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:353px;">UV-vis absorption spectrophotometer</td>
			<td>JASCO</td>
			<td>V-630&#160;</td>
			<td>UV-vis measurment</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

light-driven molecular motors on surfaces for single molecular imaging

Design og syntese av en syntetisk system som mål for direkte visualisering av en syntetisk roterende motor på ett molekyl nivå på overflater er vist. Dette arbeidet krever forsiktig design, betydelig syntetiske innsats og skikkelig analyse. Roterende bevegelse av molekylære motoren i løsningen vises av 1H-NMR og UV-vis absorpsjon spektroskopi teknikker. I tillegg er metoden pode motoren på et Amin-belagt kvarts beskrevet. Denne metoden hjelper deg for å få mer innsikt i molekylær maskiner.

Bestråling av molekylære motoren er utført med UV lys (λMaks = 365 nm). Ved bestråling oppstår en foto-indusert EZ isomerization rundt den sentrale dobbel båndet. Under denne prosessen er molekylet forvandlet fra et stabilt til en ustabil isomer. En termisk aktivert helix inversjon trinn deretter følger å løslate belastningen av hele molekylet. Dette resulterer i den opprinnelige stabile staten. 1 H-NMR spektroskopi er da ansatt å evaluere roterende prosessen (figur 4a). En løsning av prøven er utarbeidet i en NMR rør og en lampe av UV-lys (λMaks = 365 nm) er plassert ved siden av røret. Etter 2 timer med bestråling, kan forskjellige endringer bli funnet i 1H-NMR spekter. Disse endringene angir generering av en ny isomer som anses å være ustabil-1b (figur 4b). Det er sett i 1H-NMR spektroskopi som Hen skifter fra 2,9 ppm (doublet) til 3,3 ppm (dobbel doublet). Signalet på 1,4 ppm kan tilordnes som absorpsjon av methyl gruppe, og det downfield skifter fra 1,4 ppm til 1,6 ppm. Når prøven holdes over natten i romtemperatur i mørket, opprinnelige spekteret kan være gjenopprettet (figur 4a). Angir prosessen med termisk helix inversjon som konverterer ustabil-1b til stabil-1b.
For å studere motor 1b roterende bevegelse på overflater, overflate-vedlagt motor samlingene MS-1b (MS = motor på overflater) er forberedt. Kvarts lysbildene er første functionalized med Amin. Etter dette trinnet er av kvarts nedsenket i en DMF løsning (10-4 M) av 1b på RT over natten. Den resulterende kvarts skylles med DMF, vann og MeOH. Forberedt kvarts lysbildene sendes deretter for UV/vis studier. Et UV/vis absorpsjon spekter av MS-1b (heltrukket linje) er vist i figur 5b. Som sett i spekteret, er store absorpsjon bandet og absorpsjon profil samme som observert i løsning (figur 5a). Den viser også de karakteristiske tiltrekningsenergier for motor (420 nm) og PBI (456 nm, 490 nm, 524 nm). Disse toppene foreslå vellykket feste motor 1b Amin-belagt overflater. I tillegg kvarts lysbildet er bestrålt i 15 min, og spectral endringer er observert ligner på løsningen, indikerer generasjon av den ustabile MS-1b.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58750/58750fig1.jpg"> Figur 1 : Syntetisk ordningen mot utarbeidelse av mål molekylet 1b. Ordningen viser reagenser, løsemidler og reaksjonen forhold som brukes i hvert trinn.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58750/58750fig2.jpg"> Figur 2 : (en) skjematisk illustrasjon av F0F1-ATPase podet på en overflate for visualisering av enveis rotasjon (gjengitt med tillatelse12). (b) Konseptmodellen av en syntetisk overflate-bundet lys-drevet molekylær motor for enkelt molekyl bildebehandling.
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58750/58750fig3.jpg"> Figur 3 : Strukturen av en overflate-bundet molekylær motor 1b, bærer en rigid lang arm mellom motor kjernen og PBI etiketten. 
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58750/58750fig4.jpg"> Figur 4 : Alifatisk regionen i 1 H-NMR spekter av motor 1b (CD2Cl2, 20 ° C, c = 10-3 M) (en) stabil-1b, før bestråling (365 nm). (b) Foto stasjonær tilstand blanding etter bestråling. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58750/58750fig4large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58750/58750fig5v2.jpg"> Figur 5 : UV/vis absorpsjon spectra. UV/vis absorpsjon spektra av (en) motor 1b (lm2Cl2, 0 ° C), stabile isomer (heltrukket linje) og ustabil isomer (stiplet linje) på PSS. (b) MS-1b (kvarts, 4 ° C) før (heltrukket linje) og etter (stiplet linje) bestråling.

Watch this Scientific Journal Video about Light-driven Molecular Motors on Surfaces for Single Molecular Imaging at JoVE.com

Light-driven Molecular Motors on Surfaces for Single Molecular Imaging

Lys-drevet molekylær motorer på overflater for enkelt molekylær Imaging

Manuskriptet beskriver hvordan å syntetisere og pode en molekylær motor på overflater for enkelt molekylær bildebehandling.

The design and synthesis of a synthetic system that aims for the direct visualization of a synthetic rotary motor at the single molecule level on surfaces ...

Denne protokollen gir et første eksempel på å visualisere rotasjonen av en menneskeskapt lysdrevet molekylær motor på enkelt molekylært nivå. Den syntetiske teknikken som brukes her er designet for å tillate syntese av en kompleks molekylær maskin med flere funksjonelle grupper. Først, under en argon atmosfære, plassere 640 milligram av rotoren forløper sammensatte to, 219 milligram kobberjodid, og 3,44 gram natriumjodid i en 100-milliliter Schlenk rør utstyrt med en røre bar.Koble det forseglede røret til en Schlenk-linje og tilsett 50 milliliter med 1, 4-dioksan og 263 milligram trans-1, 2-Diaminocyclohexane. Rør blandingen ved 140 grader Celsius i 24 timer for å bytte bromsubstituent mot jod. Deretter lar blandingen avkjøles til romtemperatur og fordamper oppløsningsvæsken under vakuum.Rens forbindelsen ved silikagel flash kromatografi og fjern flyktige for å oppnå jod-erstattet sammensatt tre som en klebrig, gul olje. Deretter plasserer du 415 milligram Lawessons reagens og 219 milligram sammensatt tre i en Schlenk kolbe utstyrt med en rørebar. Koble kolben til en Schlenk linje via en kondensator og rense den med argon tre ganger.Tilsett 10 milliliter toluen og refluks blandingen i to timer for å konvertere sammensatt tre til en tioketon. Fordamp oppløsningsvæsken og rens tioketon ved blitskromatografi. Fjern flyktige fra den rene fraksjonen og oppløs den isolerte tioketon i 20 milliliter tetrahydrofuran.Deretter oppløse 476 milligram nylaget sammensatte 4, som er stator diazo forløper, i en annen 20 milliliter av THF. Tilsett oppløsningen av sammensatt 4 til tioketonløsningen og refluks blandingen under argon i 16 timer under omrøring for å danne dobbeltbindingen mellom rotoren og statoren. Fordampe overflødig løsemiddel, rense råoljeproduktet ved blitskromatografi, og fjern flyktige for å oppnå motorforbindelse 5 som et rødt fast stoff.Deretter legger du til 165 milligram motor 5, 4,56 milligram bis(triphenylfosfin)palladiumklorid og 2,48 milligram kobberjodid til et 20-milliliter Schlenk-rør utstyrt med rørestang. Forsegle røret og koble det til en Schlenk linje. Kombiner 10 milliliter THF og to milliliter diisopropylamin og boble argon gjennom blandingen i 10 minutter.Deretter overfører du blandingen til Schlenk-røret og rører reaksjonsblandingen under argon ved romtemperatur i 10 minutter. Tilsett 42 milligram triisopropylsilyl acetylen og fortsett å røre i 15 til 16 timer for å erstatte jodet med TIPS acetylen. Hell deretter produktblandingen i 25 milliliter mettet vandig ammoniumklorid.Trekk ut produktet i tre 20-milliliter porsjoner diklormetan og vask de kombinerte organiske lagene en gang med 50 milliliter mettet saltlake. Tørk de vasket organiske lagene over natriumsulfat. Filtrer ut tørkemidlet og fjern overflødig løsemiddel.Rens rester ved blitskromatografi og fjern flyktige under vakuum for å få motor seks som en brun olje. I en 50-milliliter kolbe utstyrt med en rørebar, kombinere 90 milligram av PBI-merket motor 12, fem milliliter THF, fem milliliter metanol, og fem milliliter av en-molar vandig natriumhydroksid. Rør blandingen ved 70 grader Celsius i seks timer for å hydrolysere esterne på statoren.Deretter avkjøles blandingen til romtemperatur under omrøring. Tilsett fem milliliter dobbelt destillert vann og fjern de flyktige løsemidlene ved roterende fordampning. Tilsett vandig en-molar hydraulisk syre til blandingen når pH en, og da vil motor 1b utløse fra løsningen som et brunt fast stoff.Gjenopprett fast stoff ved filtrering, vask det med 10 milliliter kaldt vann og tørk det under vakuum. Deretter suge kvarts lysbilder i piranha løsning på 90 grader Celsius i en time. Skyll lysbildene med fem milliliter dobbelt destillert vann tre ganger og med metanol en gang.Tørk lysbildene med nitrogengass. Deretter, forberede en en-millimolar løsning av 3-aminopropyl (diethoxy)metylilan i nydestillert toluen. Bløtlegg lysbildene i denne løsningen i 12 timer ved romtemperatur og skyll deretter de silaniserte lysbildene med fem milliliter hver av toluen og metanol.Dypp lysbildene i toluen og metanol i rekkefølge i to minutter hver, og tørk dem deretter under en strøm av argongass. Deretter forbereder du fem milliliter av en 0,1-millimolar løsning av motor 1b i dimetylformamid for hvert lysbilde. Bløtlegg lysbildene i 1b-løsningen ved romtemperatur i 12 timer for å funksjonalisere kvartsoverflatene med et monolag på 1b.Vask de funksjonaliserte lysbildene med DMF, vann og metanol i rekkefølge. Tørk lysbildene med argongass og oppbevar dem i en forseglet beholder under argon. Molekylær motor 1b ble syntetisert i moderat utbytte, med en stiv, fenyl-ethynylen tetramer arm som forbinder kjernen av rotoren til fluorescerende tag.Proton NMR spekteret viste ingen signifikant vicinal kobling mellom Ha og Hc, som er i samsvar med Ha og Hc begge er i pseudoequatorial orienteringer. Aksial ekvatorial vicinalkobling ble observert mellom Hb og Hc.Irbestråling med 365 nanometer lys indusert isomerisering rundt den sentrale dobbeltbindingen til denne ustabile isomeren. Downfield skiftet av metylsignalet og utviklingen av vicinalkobling mellom Ha og Hc indikerte begge at metylgruppen var pseudoequatorial.Når forbindelsen ble holdt i mørket ved romtemperatur, termisk helix inversjon utgitt belastningen på molekylet med naftalen glir forbi fluor. Dette returnerte molekylet til sin opprinnelige konfigurasjon på grunn av den symmetriske fluorstatoren. UV/vis spektroskopi av stabile og ustabile isomers viste beskjedne forskjeller i de karakteristiske absorpsjonsområdene for den stive armen og den fluorescerende koden.Vellykket montering av et monolag av motor 1b på kvarts ble bekreftet av UV/vis spektroskopi. Monolayeren krevde bare 15 minutter med bestråling for å nå den ustabile isomeren i foto stasjonær tilstand. Det er viktig å sørge for at diazo- og tioketonforbindelsene er nylaget for å sikre vellykket syntese av motoren 5.Forskningsfeltet for molekylære maskiner kan dra nytte av denne metoden, da det gir en viktig retningslinje for å designe, syntetisere og visualisere komplekse molekylære maskiner. Piranha løsning brukes til å rengjøre lysbildene. Denne løsningen er svært sur, og bør brukes med forsiktighet.

Research

JoVE Journal

Chemistry

Covalent Binding of BMP-2 on Surfaces Using a Self-assembled Monolayer Approach

Covalent Binding av BMP-2 på overflater Bruke en Self-montert med ett lag Approach

Bone morphogenetic protein 2 (BMP-2) is a growth factor embedded in the extracellular matrix of bone tissue. BMP-2 acts as trigger of mesenchymal cell ...

Light-driven Enzymatic Decarboxylation

Lys-drevet Enzymatisk dekarboksylering

Oxidoreductases belong to the most-applied industrial enzymes. Nevertheless, they need external electrons whose supply is often costly and challenging. ...

Direct Imaging of Laser-driven Ultrafast Molecular Rotation

Direkte Imaging av Laser-drevet Ultra Molecular Rotasjon

We present a method for visualizing laser-induced, ultrafast molecular rotational wave packet dynamics. We have developed a new 2-dimensional Coulomb ...

Measurements of Long-range Electronic Correlations During Femtosecond Diffraction Experiments Performed on Nanocrystals of Buckminsterfullerene

Målinger av langtrekkende elektronisk sammenhenger under Femtosecond Diffraksjon eksperimenter utført på nanokrystaller av Buckminsterfullerene

The precise details of the interaction of intense X-ray pulses with matter are a topic of intense interest to researchers attempting to interpret the ...

Deposition of Porous Sorbents on Fabric Supports

Deponering av porøse Sorbents på stoff støtter

A microwave deposition technique for silanes, previously described for production of oleophobic fabrics, is adapted to provide a fabric support material ...

Automation of a Positron-emission Tomography (PET) Radiotracer Synthesis Protocol for Clinical Production

Automation of a Positron-emission Tomography PET Radiotracer Synthesis Protocol for Clinical Production

Automatisering av en fantes et Positron-utslipp tomografi (PET) Radiotracer syntese protokoll for klinisk produksjon

The development of new positron-emission tomography (PET) tracers is enabling researchers and clinicians to image an increasingly wide array of biological ...

Spatiotemporally Controlled Nuclear Translocation of Guests in Living Cells Using Caged Molecular Glues as Photoactivatable Tags

Spatiotemporally kontrollert kjernefysiske translokasjon av gjester i levende celler med bur molekylær lim som Photoactivatable Tags

The cell nucleus is one of the most important organelles as a subcellular drug-delivery target, since modulation of gene replication and expression is ...

A Closed-Type Wireless Nanopore Electrode for Analyzing Single Nanoparticles

En lukket Type trådløs Nanopore elektrode for å analysere enkelt nanopartikler

Measuring the intrinsic features of single nanoparticles by nanoelectrochemistry holds deep fundamental importance and has potential impacts in ...

Analysis of Complex Molecules and Their Reactions on Surfaces by Means of Cluster-Induced Desorption/Ionization Mass Spectrometry

Analyse av komplekse molekyler og deres reaksjoner på overflater ved hjelp av cluster-indusert desorpsjon / ionisering massespektrometri

Desorption/Ionization Induced by Neutral SO2 Clusters (DINeC) is employed as a very soft and efficient desorption/ionization technique for mass ...

Excitonic Hamiltonians for Calculating Optical Absorption Spectra and Optoelectronic Properties of Molecular Aggregates and Solids

Excitonic Hamiltonians for beregning av optisk absorpsjon spectra og optoelektroniske egenskaper molekylære aggregater og faste stoffer

Rational design of disordered molecular aggregates and solids for optoelectronic applications relies on our ability to predict the properties of such ...