Máquinas moleculares: Quem ganhou o prêmio Nobel de Química 2016 e por quê

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Um grupo de cientistas ficou muito feliz esta semana. Levaram algumas coroas suecas para casa, suas esposas acharam o máximo e tudo acabou em festa. E não, não é roteiro de algumas revistas suecas. É o resultado de outro tipo de publicação. Saiu o prêmio Nobel de Química 2016, que contemplou o trabalho de três pesquisadores com um módico prêmio de 8 milhões de Ann-Margrets.

Enquanto físicos constroem as maiores máquinas do mundo para compensar suas anatomias, químicos desenvolvem as menores máquinas porque… Bem, não temos problemas de autoestima. 😀 

Mas afinal, pelo que foi o prêmio Nobel de Química? Merece um LIVRO DOS PORQUÊS!

O dr. Jean-Pierre Sauvage é diretor de pesquisa emérito no Centro Nacional de Pesquisa Científica da França. Já Sir J. Fraser Stoddart, que além de tirar onda de ser Cavaleiro do Império Britânico, é professor de Química da Universidade de Northwestern, em Evanston, Illinois, EUA. Para finalizar, temos o dr. Bernard L. Feringa, professor de Química Orgânica da Universidade de Groningen, na Holanda.

O que unem esses cavalheiros extraordinários é que eles são químicos (com eles a oração e a paz). Eles sabem que o mundo está no caos e só a Química é o que nos tirou da selvageria (além de propiciar o delicioso churrasco). Eles estão acostumados a ouvir que muitas coisas são impossíveis, como fazer máquinas do tamanho de uma molécula. Mas se eles dessem ouvidos a isso, iriam preferir fazer vídeo zuão no YouTube, berrando feito alucinados.

O que Sauvage, Stoddart e Feringa fizeram foi a concepção e produção de máquinas moleculares, desenvolvendo moléculas com movimentos controláveis, e que podem executar uma tarefa quando certa quantidade de energia é adicionada.

Essa pesquisa nem de longe é nova. Desde 1983 que Sauvage vem trabalhando nisso, começando por ligar duas moléculas em forma de anel em conjunto para formar uma cadeia, chamada de “catenano”. Catetano é uma estrutura molecular interligado mecanicamente, que é composto por dois ou mais macrociclos intercalados.

DAFUQ IS DAT??

Você sabe o que é um benzeno, né? Ele é uma cadeia carbônica cíclica, pois fecha o anel (ops). Há vários tipos de substâncias assim, sendo o benzeno um caso particular pois forma um anel aromático. Não porque tenha algo a ver com aromas, mas por causa da condição de ressonância de ligações duplas que ficam “circulando” por todo anel. Aliás, falando em anel, isso me lembra…

VOLTA PRO ASSUNTO!

Cahan… então temos substâncias que têm cadeia cíclica, como um elo de corrente. Agora, imagine que um elo é ligado a outro. É o mesmo princípio.

A pesquisa estudou como fazer cadeias cíclicas entrelaçadas, como na animação abaixo.

Esses catenanos não podem ser separados sem quebrar as ligações covalentes dos macrociclos. No final da década de 1960, van Gulick teve a ideia de fazer o símbolo olímpico com moléculas entrelaçadas. Seria possível? Não é que seja possível… é uma questão de… ah, bóra fazer isso. E tal proeza foi conseguida em e relatada na edição internacional da Angewandte Chemie em 1994, tendo sido realizado nos laboratórios de Fraser Stoddart pelo dr. David Amabilino, que também é químico. O título do trabalho é simplesmente ‘Olympiadane’ (Olimpiadano), cujo paper, que não é aberto, é este aqui. FML!

Normalmente, as moléculas se mantém entrelaçadas por ligações covalentes fortes, em que os átomos compartilham elétrons, conforme você aprendeu no Ensino Médio. O diferencial da pesquisa que levou o Nobel pra casa é que as cadeias entrelaçadas que os pesquisadores produziram são formadas por ligações mecânicas mais livres.

Mas onde entra a máquina molecular aí? Uma máquina precisa de um sistema que se mova livremente. Porque se ficar preso será tudo, menos uma máquina. Uma alavanca é uma máquina, uma roldana é uma máquina, uma engrenagem, plano inclinado etc. são máquinas. Sendo assim, uma máquina molecular deveria ser intuitivamente entendida como uma molécula que se mexe livremente, alterando estados em seu formato (aberto/fechado, reto/dobrado etc.)

Para uma máquina para ser capaz de executar uma tarefa que deve ser constituída por partes que se movem relativamente um ao outro. Os dois anéis entrelaçados cumpriam exatamente este requisito. Esta etapa foi desenvolvida por Fraser Stoddart em 1991, quando ele trabalhou com um rotaxano.

Rotaxanos também não são novidade. A primeira síntese relatada de um rotaxano foi 1967, baseando-se na probabilidade estatística de duas metades de uma molécula em forma de halteres reagiriam na presença de um macrociclo que uma pequena percentagem iria ligar através do anel cíclico. O macrociclo, então, ficaria livre pela “haste”, se movendo de um lado por outro, que nem as bolinhas de um ábaco.

Se eu colocar esta estrutura toda na vertical, teremos o que? Siiiiiiiim, um elevador em nível molecular, cujo motor é a mudança de condições na própria estrutura, fazendo o macrociclo subir e descer. Lindo, não?

Já o dr. Feringa foi o primeiro a desenvolver um motor molecular. Em 1999 ele recebeu uma lâmina do rotor molecular para girar continuamente no mesmo sentido. Utilizando motores moleculares, ele rodou um cilindro de vidro, 10.000 vezes maior do que o referido motor. Se eu tenho uma estrutura que funciona como um motor e que gira coisas o que eu posso fazer de legal com isso? Bem, foi o que ele fez: um nanocarro.

O prêmio Nobel de Química de 2016 foi dividido a esses 3 pesquisadores porque são pesquisas de décadas que se completam. O que esses motores moleculares farão no futuro? Muitas coisas estão passando pela mente dos pesquisadores do mundo todo, mas sem nenhuma aplicação concreta ainda. De qualquer forma, quando o ministro das Minas e Energia viu as demonstrações de Michael Faraday sobre eletromagnetismo perguntou a ele para que aquilo servia. Faraday, então, respondeu: “Eu não sei, mas aposto de daqui a um tempo o senhor estará cobrando uma taxa de uso disso pelas pessoas”.


Fonte: Press Release da Fundação Nobel

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Sobre André Carvalho

και γνωσεσθε την αληθειαν και η αληθεια ελευθερωσει υμας

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  • cloverfield

    Estava esperando esse assunto sair aqui…

  • Daniel Garcia Leal

    Não sou o maior fã de química, mas não deixa de ser lindo.E sim, eu tenho ciência de que o ensino superior é diferenciado.

  • Organogênese

    “Uma máquina precisa de um sistema que se mova livremente. Porque se ficar preso será tudo, mesmo uma máquina.” <—- presumo que seja menos e não "mesmo" 🙂

    Pryderi respondeu:

    Consertado. Valeu 🙂