Нобелевскую премию по химии вручили за молекулярные машины

Нобелевскую премию по химии получили Жан-Пьер Соваж, Сэр Фрейзер и Бернард Л. Феринга «за проектирование и создание молекулярных машин» – самых маленьких машин в мире с крошечным подъемником, искусственными мышцами и миниатюрными двигателями. Они разработали молекулы с контролируемыми движениями, которые могут выполнять задания при добавлении энергии.

«Развитие компьютеров показало, как миниатюризация технологий может привести к революции. Разработка Нобелевских лауреатов по химии 2016 года переводит химию на новый уровень», – говорится в пресс-релизе на сайте премии.

Первый шаг к созданию молекулярной машины сделал Жан-Пьер Соваж в 1983 году, когда ему удалось соединить две кольцевые молекулы в цепь под названием катенан. В обычном состоянии молекулы связаны сильными ковалентными связями, в которых атомы обмениваются электронами, но в цепочке они оказались соединены с помощью более свободных механических связей. Для машины это важно, поскольку, чтобы выполнить задачу, она должна состоять из частей, которые могут двигаться относительно друг друга. Два сцепленных кольца в точности выполнили это требование.

Второй шаг был предпринят Фрейзером Стоддартом в 1991 году, когда он разработал класс соединений ротаксан. Он нанизывал молекулярное кольцо на тонкую молекулярную ось и показал, что кольцо способно двигаться вдоль нее. Среди его разработок на основе ротаксана – молекулярный лифт, молекулярные мышцы и молекулярные компьютерные чипы.

Бернард Феринг был первым человеком, который разработал молекулярный двигатель. В 1999 году он создал работающую на молекулярном двигателе лопасть, которая непрерывно вращалась в одном направлении. С помощью молекулярного мотора он заставил вращаться стеклянный цилиндр, который был в 10 тысяч раз больше, чем сам мотор. Помимо этого, Феринг разработал наномашину.

Лауреаты Нобелевской премии 2016 по химии перевели молекулярные системы из тупикового равновесного положения в состояние наполненности энергией, при котором их поведение можно контролировать. С точки зрения развития молекулярный двигатель находится на той же стадии, как электрический двигатель в 1830-х годах, когда ученые показали различные вращающиеся рычаги и колеса, не зная, что они приведут к электричкам, стиральным машинам, вентиляторам и кухонным комбайнам. Молекулярные машины будут скорее всего использоваться в разработке новых материалов, датчиков и систем хранения энергии.