Light-driven molecular motors and switches. Controlling rotary motion and
supramolecular helicity
Datum: 16 juni 2008
Promotie: D. Pijper, 16.15 uur, Academiegebouw, Broerstraat 5,
Groningen
Titel: Light-driven molecular motors and switches. Controlling rotary
motion and supramolecular helicity
Promotor(s): prof.dr. B.L. Feringa
Faculteit: Wiskunde en Natuurwetenschappen
Licht-aangedreven moleculaire motoren en schakelaars
In de afgelopen decennia hebben chemici enorme vooruitgang geboekt in
het controleren van rotatie op moleculaire schaal, zowel wat betreft
de snelheid als de draairichting. Hoewel het onderzoek naar dit soort
moleculaire motoren op dit moment voornamelijk fundamenteel van aard
is, zouden deze mechanische apparaten op de schaal van nanometers (een
miljardste van een meter) op de lange termijn kunnen leiden tot
toepasbare technologie.
Het onderzoek beschreven in dit proefschrift is gericht op de
ontwikkeling van nieuwe moleculaire systemen gebaseerd op zogenaamde
sterisch gehinderde alkenen, die bruikbaar zijn als lichtgestuurde
schakelaars of licht-aangedreven motoren. Voor de eerste van deze
licht-aangedreven moleculaire motoren bleek dat continue rotatie pas
plaats vond bij verwarming naar ± 60 °C vanwege de hoge
energiebarrière voor één van de stappen. Een logische verbetering van
deze systemen is het verlagen van deze barrière, waardoor een snelle
en continue rotatie bij kamertemperatuur mogelijk wordt. Twee
effectieve strategieën om de snelheid van moleculaire motoren te
verhogen staan beschreven in het eerste gedeelte van dit proefschrift.
Daarnaast is een alternatieve syntheseroute voor deze moleculen
ontwikkeld, waarbij selectief één van diens twee spiegelbeeld-isomeren
gevormd wordt, wat het isoleren van deze moleculaire motoren een stuk
vereenvoudigt. Met de motoren die nu zijn ontwikkeld, zou in de nabije
toekomst de beweging van veel complexere moleculaire systemen kunnen
worden aangedreven, bijvoorbeeld over een oppervlak.
Het vervolg van dit proefschrift spitst zich inderdaad toe op het
gebruik van deze moleculen om complexere systemen aan te sturen,
namelijk als lichtgestuurde schakelaars van chiraliteit op
supramoleculaire schaal. Chiraliteit manifesteert zich op deze schaal
vaak in helixstructuren, die ook in de natuur veel voorkomen. De
dubbele helix van DNA en de a-helix in eiwitten zijn hier bekende
voorbeelden van. De moleculaire schakelaars werden gekoppeld aan een
polymeer met een helixstructuur. Hierna bleek de helixrichting van dit
polymeer (met de klok mee, of er tegenin) met behulp van licht
controleerbaar. Hetzelfde gold voor van een vloeibaar kristallijne
film gevormd door dit polymeer. In de hier ontwikkelde systemen wordt
dus stapsgewijs de verandering in de vorm van een molecuul uitvergroot
naar de verandering van een eigenschap van een materiaal op
macro-schaal. Met name de controle over vloeibaar kristallijne
materialen is interessant, aangezien deze materialen al veel worden
toegepast, bijvoorbeeld in LCD beeldschermen (LCD = liquid crystal
display).
Dirk Pijper (Delfzijl, 1980) studeerde scheikunde in Groningen en deed
zijn promotieonderzoek, gefinancierd door NWO, bij de afdeling
Synthetisch Organische Chemie van het Stratingh Instituut voor Chemie.
/JS
Rijksuniversiteit Groningen