Molecules capable of mimicking the function of a wide range of mechanical devices have been fabricated, with motors that can induce mechanical movement attracting particular attention. Such molecular motors convert light or chemical energy into directional rotary or linear motion, and are usually prepared and operated in solution. But if they are to be used as nanomachines that can do useful work, it seems essential to construct systems that can function on a surface. In this presentation, I'll introduce that a light-driven molecular motor capable of repetitive unidirectional rotation can be mounted on the surface of gold nanoparticles. The motor design uses a chiral helical alkene with an upper half that serves as a propeller and is connected through a carbon–carbon double bond (the rotation axis) to a lower half that serves as a stator. The stator carries two thiol-functionalized ‘legs’, which then bind the entire motor molecule to a gold surface. NMR spectroscopy reveals that two photo-induced cis-trans isomerizations of the central double bond, each followed by a thermal helix inversion to prevent reverse rotation, induce a full and unidirectional 360° rotation of the propeller with respect to the surface-mounted lower half of the system.
さまざまな機械デバイスの機能を模倣することのできる分子がこれまでに作られ、特に、機械運動を引き起こせるモーターは注目を集めてきた。そのような分子モーターは、光または化学エネルギーを一定方向の回転または直線運動に変え、通常は溶液中で調製され作動する。しかし、有益な仕事のできるナノ機械としてそれらを用いるには、表面上で機能する系を構築することが必須と考えられる。本発表では、単向性回転を繰り返す能力を持つ光駆動分子モーターを、金ナノ粒子の表面に取り付けられることを実証した結果について紹介する。このモーターにはキラルならせん状アルケンが使われ、上半分がプロペラとして働き、固定子として働く下半分との間は、炭素－炭素二重結合（回転軸）で連結されている。固定子にはチオールを官能基とする2本の「足」があり、これらがモーター分子全体を金表面に結合させている。光によって中央の二重結合のシス-トランス異性化を2回起こし、1回ごとに逆回転を防ぐための熱的らせん反転を続けて起こすことで、表面に取り付けた系の下半分に対してプロペラが完全な単向性の360度回転を起こすことが、NMRスペクトルにより明らかとなった。