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(noticias nanowerk) Investigadores de la Universidad de Hokkaido, dirigidos por el profesor asistente Akira Katsuyama y el profesor Satoshi Ichikawa en la Facultad de Ciencias Farmacéuticas, han ampliado el conjunto de herramientas de la química sintética al crear una nueva categoría de moléculas que pueden causar rotación interna cuando interactúan con la luz.
Se cree que procesos similares son importantes en algunos sistemas biológicos naturales. Las versiones sintéticas podrían usarse para realizar funciones de conmutación fotoquímica en tecnologías de detección y computación molecular o en moléculas bioactivas, incluidos los fármacos.
Informan sus resultados en quimica natural (“Rotación de doble enlace fotoinducida de un sistema que contiene nitrógeno realizada mediante sustitución de calcógeno”).
![Se introdujeron átomos de azufre o selenio en un derivado de benzamida (arriba). Las moléculas resultantes se isomerizaron cuando se expusieron a la luz o al calor.](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/id64749_1.jpg)
«Desarrollar un sistema como el nuestro fue un gran desafío en fotoquímica», dice Katsuyama. «El trabajo hace una contribución importante a un campo emergente de manipulación molecular».
Se han obtenido conocimientos sobre la capacidad de la luz para alterar significativamente las conformaciones moleculares mediante el estudio de algunas proteínas naturales. Estas incluyen las moléculas de rodopsina en la retina del ojo, que desempeñan un papel crucial en la conversión de la luz en señales eléctricas que producen nuestro sentido de la visión en el cerebro. Están surgiendo detalles sobre cómo la absorción de energía luminosa puede inducir una reordenación retorcida de una porción de la molécula de rodopsina necesaria para llevar a cabo su función biológica.
«La imitación en sistemas sintéticos podría crear interruptores a nivel molecular con diversas aplicaciones potenciales», explica Katsuyama.
Una innovación clave del equipo de Hokkaido fue lograr una rotación fotoinducida (es decir, controlada por luz) de grupos de moléculas alrededor de una serie de enlaces químicos que unen un átomo de nitrógeno junto con otros átomos de carbono unidos.
Las propiedades de rotación fueron posibles gracias a la adición de componentes moleculares que contienen un átomo del grupo de elementos «calcógeno» de la tabla periódica, en particular azufre o selenio, a una molécula orgánica simple, un compuesto de amida. Esto aportó un nuevo nivel de control y versatilidad a los sistemas de rotación fotoinducida sintética.
Algunos de los grupos químicos que giraban alrededor de los enlaces centrales eran relativamente grandes y estaban basados en anillos de seis átomos de carbono unidos. Esto facilitó las modificaciones moleculares a gran escala que pueden ser necesarias para el uso práctico en sistemas de conmutación molecular.
Además de demostrar los cambios fotoinducidos, el equipo también realizó cálculos teóricos que proporcionaron información sobre los probables mecanismos por los cuales se produjeron los reordenamientos. El equipo también examinó los efectos de la temperatura en las transformaciones. La combinación de trabajo teórico y experimental tiene como objetivo ayudar a guiar investigaciones futuras para explorar y controlar los cambios en los sistemas ya logrados.
“Nuestra próxima prioridad de investigación se centra en el potencial de nuestros métodos para producir nuevas moléculas bioactivas que se activan con la luz. Estos podrían utilizarse en investigaciones biológicas o potencialmente desarrollarse como medicamentos”, concluye Ichikawa.
El uso de luz para activar los cambios conformacionales permite controlar dónde y cuándo ocurren los cambios. Esto podría ser crucial para aplicaciones específicas en sistemas biológicos, incluidas posibles oportunidades terapéuticas.
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