化学：化学燃料で動く本質的に一方向性の回転分子モーター

生物系は、主に化学エネルギーを利用して自律的分子モーターに燃料を供給し、平衡から外れた系の駆動を可能にしている。細菌の鞭毛モーターやアデノシン三リン酸合成酵素などの回転モーターから着想を得て、光駆動一方向性回転分子モーターの成功に基づき、化学エネルギーだけで駆動される合成分子モーターの設計が探究されている。しかし、化学燃料を用いて自律的に動作すると同時に、アデノシン三リン酸合成酵素のような完全に360°の一方向性回転運動を可能にする固有の構造設計要素を特徴とする、人工的な回転分子モーターを設計することは、依然として困難である。今回我々は、異なる3つの立体化学的要素を持つホモキラルビアリールMotor-3が、化学燃料によって駆動されて単結合軸の周りで2つのアリール基が繰り返し一方向に360°回転する回転モーターであることを示す。この回転モーターでは、エステル環化、らせん反転、開環が逐次起こり、自律的回転サイクルにわたって最高で99％の一方向性が実現された。この分子回転モーターは、化学燃料パルスと酸–塩基振動を用いた同期運動と、弱塩基性水溶液条件下における化学燃料存在下での自律運動という2つのモードで動作可能である。回転方向の本質的制御、単純な化学燃料供給による自律運動、ほぼ完全な一方向性を備えた今回の回転モーター設計は、複数の構成要素を持つ将来世代の分子マシンが機械的機能を実行する可能性を例示している。

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