Page 8 - ChemLife Sayı 48

8 CHEMLIFE KIMYA VE TEKNOLOJILERI GAZETESI BILIMSEL GELIŞMELER

KIMYAGERLER,

MOLEKÜLER MAKINELERI

NASIL ÇALIŞTIRACAKLARINI

TARTIŞIYOR

Araştırmacılar, verimli moleküler yakıtlar geliştirirken,
makinelerinin nasıl çalıştığının temelleriyle boğuşmaya
devam ediyorlar. Geçtiğimiz yıllarda araştırmacılar,
minyatür makineler gibi hareket eden hareketli parçalara
sahip göz kamaştırıcı bir molekül dizisi oluşturmayı
başardılar. Dönen kanatlı motorlar, çözeltiden molekülleri
toplayan pompalar, peptitleri bir araya getiren moleküler
birleştiriciler ve moleküler bant şeritlerinde depolanan
verileri okuyabilen mandallar yaptılar.

BU ÇALIŞMALARIN ÖNCÜLERI, müdahalesi gerektiren otonom bir mekanizmaya ihtiyaç duyuyorlar. Resim- Bu otonom motor, dört adımda
2016'DA VERILEN NOBEL moleküler makineler inşa ediyorlar dairesel bir yol etrafında saat yönünde
KIMYA ÖDÜLÜ'NÜ KAZANDI. ve özenle seçilmiş bir yakıt kaynağı İlk tam işlevli sentetik döner mole- hareket eden bir halka (mavi) içerir. Bü-
mevcut olduğu sürece mutlu bir şe- küler motor, 1999 yılında Gronin- yük gruplar (kırmızı) ilerlemesini engel-
İlk keşfedilmeye başladıklarında akıl- kilde ilerliyorlar. Manchester Üniver- gen Üniversitesi'nden Ben Feringa lerken, tanıma bölgeleri (yeşil) halkaya
lardaki sorularından biri şuydu: Bu sitesi'nden David Leigh, "Teori hak- tarafından tanıtıldı. Feringa, 2016 takılır. Yakıt molekülleri (kırmızı toplar),
cihazlar ne yapabilir? Uygulamalar kında ne kadar çok şey öğrenirsek, Kimya Nobel Ödülü'nü moleküler atık (turuncu toplar) üretmek için çıka-
hâlâ nispeten uzak olsa da araştırma- yakıtları o kadar iyi tasarlayabiliriz" makineler üzerindeki çalışmaların- rılabilen bu engelleme gruplarını ekler.
cılar moleküler makinelerin yararlı diyor. dan dolayı Strasbourg Üniversi-
görevler için nasıl kullanılabileceğini tesi'nden Jean-Pierre Sauvage ve Arkasından, düzinelerce ışıkla çalı-
yeni görmeye başlıyor. Moleküler Ancak yakıtlara olan bu odaklan- Northwestern Üniversitesi'nden Sir şan motor daha geldi ve ışığa duyarlı
motorlar akıllı malzemeler oluştur- ma, aynı zamanda bu makinelerin Fraser Stoddart ile paylaştı. jeller üretmek ve yapay kasları hare-
mak için kullanılabilen nanofiberleri nasıl çalıştığına dair temel ilkeler ket ettirmek gibi çeşitli görevler için
esnetebilir veya sıvı kristalleri yeni- hakkında hararetli tartışmalara da Feringa'nın çığır açan motoru, bir kullanıldılar. Feringa, ışığın uygun ve
den düzenleyebilir. yol açıyor. Dartmouth Koleji'nden karbon-karbon çift bağıyla birbirine ayarlanabilir bir enerji kaynağı oldu-
Ivan Aprahamian, "Topluluktaki bazı bağlı iki hacimli kimyasal grup içeri- ğunu ve atık ürünler üretmediğini
Şimdi araştırmacılar daha derin so- insanlar kelimenin tam anlamıyla bu yordu. Gruplar, ultraviyole ışık ve ısı özellikle söylüyor.
rulara yöneliyor: Makineler nasıl kimyasalların makinelerine enerji tarafından indüklenen bir dizi izome-
çalışıyor ve onları nasıl geliştirebi- koyduğunu düşünüyor, bazılarımız rizasyon yoluyla bu eksen etrafında Ancak ışık, “yükün” hücreler içinde
liriz? Bazıları cevapların, enerjinin ise buna gerçekten katılmıyor. Daha döndü. Motor molekülün kiralitesi, taşınmasına yardımcı olan motor
ve karşı reaksiyon hızlarının onları makinenin ne olduğu konusunda bile bu hacimli grupların döngüde geriye proteinler gibi biyolojik moleküler
nasıl çalıştırdığını anlamak için bu anlaşamıyoruz" diyor. doğru değil, ileriye doğru hareket makineleri anlamaya ve taklit et-
sistemlerin altında yatan kinetiği ve ettiklerinde birbirlerini sıkıştırabil- meye çalışanlar için yetersiz kalı-
termodinamiği araştırmaktan geçti- Bunlar kulağa soyut argümanlar gibi melerini sağladı (Nature 1999, DOI: yor. Biyoloji, moleküler pompaları
ğini söylüyor. gelebilir, ancak moleküler makinele- 10.1038/43646). ve motorları milyarlarca yıldır ba-
rin gerçekten yararlı olup olamaya- şarılı bir şekilde kullanmıştır, ancak
Bu temel ilkeler üzerine yoğunlaş- cağı konusunun özünü bu yaklaşım- bunları genellikle ışık yerine adeno-
mak, alanın makine yapımına biraz lar ile anlayabiliriz. Bu konu ile ilgili zin trifosfat (ATP) gibi kimyasallarla
deneme yanılma yaklaşımının öte- olarak Groningen Üniversitesi'nden çalıştırırlar. Feringa, kimyagerler için
sine geçmesine ve bunun yerine kimyager Nathalie Katsonis, "Bu çok bu emsalin, kimyasal süreçlerle bes-
daha sağlam bir tasarım ilkeleri dizisi önemli çünkü termodinamiği doğru lenen sentetik moleküler makineler
geliştirmesine yardımcı olabilir. TU yapmazsanız molekülünüz hareket geliştirmek için karşı konulamaz bir
Dortmund Üniversitesi'nde inorga- edecek ama ondan asla iş çıkarama- zorluk oluşturduğunu söylüyor.
nik kimyager olan Elisabeth Kreidt, yacaksınız" diyor.
"Bu toplulukta oldukça düzenli bir 1999'da Boston College'dan T. Ross
şekilde oluyor: insanların harika bir Motorlar belki de en ikonik mole- Kelly, 120° dönebilen fosgen yakıt-
fikri var, onu 2 yıl boyunca sentez- küler makine türüdür. Tipik olarak, lı bir prototip motor geliştirerek bu
liyorlar ve sonra işe yaramıyor" di- molekülün şeklini değiştiren ve ha- hedefe doğru önemli bir adım attı
yor. "Bu, alan için çok büyük bir sınır rekete (örneğin bir bağ etrafında (Nature 1999, DOI: 10.1038/43639).
çünkü çok fazla zaman ve kaynak dönme veya bir yol boyunca ha- Altı yıl sonra Feringa, motorun iki
tüketiyor." reket) neden olan tekrar eden bir birimi arasında köprü oluşturan
kimyasal reaksiyon döngüsünden bir lakton oluşturup kırarak tek bir
Araştırmacılar şimdiden bazı mole- geçerek çalışırlar. Motorun gereksiz C-C bağı etrafında tam bir çevrimi
küler makineleri çalıştıran kimyasal yere ileri geri hareketini önlemek için tamamlayabilen, kimyasal olarak ça-
yakıtların ince ayarını yapmayı öğ- araştırmacılar motorun yalnızca bir lıştırılan bir döner motor yaptı. Kiral
reniyor. Ayrıca, çok daha az insan yönde hareket etmesini sağlayacak bir indirgeyici madde, laktonu açarak