Groningse onderzoekers hebben het eerste moleculaire motortje ontworpen dat zijn energie haalt uit chemische reacties. Praktisch bruikbaar is het nog niet maar puur chemisch gezien werkt het, schrijven Ben Feringa en collega’s in Nature Chemistry.

Met zulke moleculaire motortjes, waarin de ene helft van een molecuul roteert ten opzichte van het andere, experimenteert Feringa inmiddels al zo’n vijftien jaar. Maar zijn eerdere modellen liepen op licht en waren dus alleen te gebruiken op plekken die je kon belichten. ‘Chemische’ energie werkt tenminste ook in het donker.

Die eerdere motortjes waren gebaseerd op stereochemie. Het licht liet telkens andere delen van het molecuul omklappen, waardoor je een soort ratelmechanisme kreeg dat rotatie in één richting toeliet.

In het nieuwe ontwerp zit ook zo’n soort ratel. In de meest eenvoudige vorm bestaat het uit twee aromaatringen die zijn gekoppeld via één C-C binding. Aan elk van de vier ortho-posities op die ringen (dus de C’s naast de onderlinge binding) hangt een andere bouwsteen. Eén daarvan (in dit geval een fluoratoom) doet niet mee. De draaiing komt tot stand doordat de andere bouwsteen aan dezelfde ring (hier een sulfoxide) beurtelings over een van beide groepen op de andere ring (respectievelijk een H en een Br) heen wordt getrokken.

Dat trekwerk wordt gedaan door twee organometaalcomplexen die zich elk selectief aan twee van de drie betrokken bouwstenen hechten. En Feringa’s idee is nu om daar twee vormen van hetzelfde complex voor te gebruiken. Het verschil zit in de valentie van het metaalatoom: in dit geval is het palladium, dat wisselt tussen Pd(0) en Pd(II).

De redoxreacties, die die wisseling verzorgen, zijn dus in feite de energiebron van het systeem.

Het is al gelukt deze reacties om de beurt te latenver lopen zodat de motortjes één draaiing van 360 graden maakten. Alleen het tempo viel nog wat tegen: één van beide reacties had twintig uur nodig. De grote uitdaging is nu om op basis van dit principe een motortje te maken dat wél een enigszins serieus te nemen toerental haalt.

bron: Nature Chemistry