Rotaxanos: máquinas moleculares

imageSe llama rotaxanos a ciertas estructuras moleculares que tienen dos partes como se ve en la figura. La parte verde es un anillo; más exactamente un macrociclo. La parte azul se asemeja a las pesas de los atletas de halterofilia, unidas por un eje. Se dice que son una arquitectura molecular mecánicamente entrelazada, con lo que se quiere dar a entender que la unión entre las partes no se producen a través de enlaces químicos o fuerzas intermoleculares, sino como consecuencia de su topología o forma.

No todos los rotaxanos tienen exactamente esa forma, pero lo que los caracteriza es que las “pesas” no pueden salir del anillo (están cinéticamente atrapadas) porque su diámetro es mayor que el del macrociclo. La imagen de la derecha muestra un ejemplo real.

No son compuestos nuevos, pues el primer rotaxano se sintetizó hace casi 50 años. Además, existen en la naturaleza, como es el caso de los péptidos con nudo de cistina, los ciclótides o los lazo-péptidos.

La siguiente imagen (tomada de la Wikipedia) ilustra los diversos métodos de síntesis de rotaxanos:

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Aplicaciones

Los rotaxanos son potencialmente máquinas moleculares que se podrían usar en electrónica molecular como interruptores lógicos o transportadores. Su funcionamiento se basaría en el movimiento del macrociclo respecto a la molécula central (la del eje y las “pesas”). El macrociclo puede girar alrededor del eje de la molécula  o puede deslizarse a lo largo del mismo. Controlar la posición del macrociclo mediante agentes químicos como fotoquímicos permitiría que el rotaxano pueda funcionar como interruptor molecular pues cada posible ubicación del macrociclo correspondería a un estado diferente.

Ciertos sistemas basados en ​​rotaxanos también pueden funcionar como músculos moleculares y como colorantes ultraestables porque el macrociclo ejerce un efecto protector sobre la otra molécula.

Finalmente, se les puede usar como nanomemorias, ya que se les puede hacer cambiar de conformación aplicándoles un voltaje positivo con la punta de la sonda de un microscopio de efecto túnel.

Los rotaxanos pueden estar formados de más de una molécula central y más de un macrociclo.

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