Nanoputiany – Mikroskopijni Mieszkańcy Świata Chemii
Nanoputiany, choć brzmią jak postacie z bajek dla dzieci, są fascynującym osiągnięciem w dziedzinie nanotechnologii i chemii organicznej. Te mikroskopijne struktury, które przypominają kształtem ludzkie postacie, otwierają nowe możliwości w nauce i technologii. W tym artykule przyjrzymy się bliżej temu, czym są Nanoputiany oraz jak zostały stworzone i jakie mogą mieć zastosowania.
Co to są Nanoputiany?
Nanoputiany to seria niezwykłych związków organicznych, które zostały zaprojektowane i syntetyzowane w taki sposób, by przypominały kształtem ludzkie postacie. Nazwa pochodzi od słów „nano”, odnoszących się do nanotechnologii, i „putian”, co jest nawiązaniem do Liliputów z powieści Jonathana Swifta „Podróże Guliwera”. Te niewiarygodnie małe struktury zostały po raz pierwszy zaprezentowane w 2003 roku przez zespół naukowców pod kierunkiem profesora Jamesa Toura z Rice University w Houston.
Nanoputiany składają się z atomów węgla, wodoru, tlenu i azotu, układających się w precyzyjnie zaprojektowane struktury molekularne. Ich „ciała” są zbudowane z kilku pierścieni benzenowych, które tworzą szkielet, umożliwiający dalsze modyfikacje i dodawanie różnych grup funkcyjnych. Co interesujące, w „projektowaniu” tych mikroskopijnych struktur wykorzystuje się zasadę symetrii, aby nadać im kształt przypominający ludzkie postacie.
Głowy Nanoputianów są tworzone przez bardziej skomplikowane struktury organiczne. Zwykle korzysta się z wieloatomowych pierścieni i innych złożonych grup funkcyjnych, które mogą być dalej modyfikowane, aby uzyskać pożądany kształt. Dzięki temu naukowcy mogą tworzyć różnorodne „postacie” Nanoputianów.
Ręce i nogi Nanoputianów są często tworzone z prostszych łańcuchów węglowych, które zapewniają pewien stopień elastyczności. Te części są zwykle dołączane do ciała za pomocą reakcji chemicznych, które pozwalają na pewną swobodę ruchu, co jest kluczowe dla potencjalnych zastosowań w nanomaszynach. Przejdźmy teraz do zabawnych przykładów tychże cząsteczek
- NanoCheerleaderka: Charakteryzuje się wyprostowanymi „ramionami”, przypominającymi postać z rękami uniesionymi w górę, jak u cheerleaderki.
- NanoTanczerz: Ma „nogi” ułożone w taki sposób, że przypomina postać tańczącą.
- NanoŻołnierz: Wyróżnia się bardziej sztywną postawą i „rękami” ułożonymi wzdłuż ciała, co przypomina posturę żołnierza.
- NanoBłazen: Posiada bardziej złożoną strukturę „głowy”, sugerującą kapelusz błazna.
- NanoBallerina: Charakteryzuje się delikatną strukturą z „nogami” ułożonymi w pozycji baletowej.
Otrzymywanie NanoDzieciaka:
Punktem wyjścia do syntezy powyższych Nanoputianów jest NanoDzieciak. Aby go otrzymać, syntezę należy rozpocząć od jodowania 1,4-dibromobenzenu w kwasie siarkowym (VI). Do powstałego produktu doczepiane są „ramiona” bądź ręce w reakcji sprzęgania Sonogashiry. Potem jest już z górki – wystarczy tylko formylowanie n-butylolitem, zastąpienie bromu grupą aldehydową, która następnie zostaje przekształcona w głowę przy użyciu 1,2-etanodiolu i kwasu p-toluenosulfonowego jako katalizatora. Końcowym etapem syntezy „torsu” NanoDzieciaka jest zastąpienie drugiego atomu bromu atomem jodu przy udziale n-butylolitu oraz 1,2-dijodoetanu. Wszystko to możemy ujrzeć na poniższym schemacie reakcji:
Aby otrzymać dolną połowę „ciała” NanoDzieciaka, musimy wystartować z p-nitroaniliny poprzez bromowanie jej w kwasie octowym. Poprzez szereg dalszych reakcji uzyskujemy dolną połowę ciała:
Wreszcie, możemy połączyć ze sobą wcześniej otrzymane górne, oraz dolne części ciała:
Voila! I tak powstał NanoDzieciak. Następnie poprzez podstawienie głowy przy pomocy odpowiedniego diolu i promieniowania mikrofalowego (dokładnie takiego samego jak w domowej mikrofalówce) możemy otrzymać pozostałych mikroskopijnych mieszkańców świata chemii:
1. Opracowanie własne
2. Obrazy autorstwa użytkownika Wikipedii: Killiannaylor na licencji Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported
