The project aims to develop a new generation of nanoscale molecular motors based on a unique switching mechanism driven by proton transfer—tautomerism. While current molecular motors rely primarily on isomerizations or reactions activated by light, pH changes, or redox processes, this project proposes the use of photoinduced tautomerization, a mechanism that combines fast, reversible, and energy-efficient switching dynamics but has so far remained underexplored for generating unidirectional molecular motion. To achieve oriented rotation, a key design feature will be the introduction of chirality, enabling the switching process to acquire spatial directionality and function as a true molecular engine.
Given the complexity and interdisciplinary nature of this challenge, the project brings together three leading laboratories from Bulgaria (BG), Romania (RO), and Switzerland (CH), whose expertise is highly complementary. The Bulgarian team will develop molecular designs through advanced computational modelling to predict and optimize tautomeric switches. The Romanian laboratory will carry out the complex asymmetric organic synthesis required to introduce chirality and obtain the target structures. The Swiss team will apply cutting-edge absorption and chiral time-resolved spectroscopy to track the switching dynamics and demonstrate unidirectional motion.
The expected outcomes include the creation of the first proton-driven molecular motor with stable, controllable, and fast operation that can be remotely activated by light. Such an innovation could significantly advance the development of adaptive nanomaterials, intelligent molecular devices, and photosensitive systems. At the same time, the project will strengthen international collaboration, enhance the scientific capacity of the participating institutions, and contribute to their wider visibility within the European research community.
Activities
Activity
Contracted Amount
Reported Amount
Молекулни машини движени от пренос на протон: Превръщане на тавтомерните молекулни превключватели в наномащабни молекулни двигатели.: Изграждането на наномащабни функционални машини и устройства е мечта на учените от десетилетия. Ключов компонент в това търсене са молекулните двигатели: единични молекули, способни на дефинирани, еднопосочни движения в различни среди чрез последователни вътрешномолекулни пренареждания на връзки. Съществуващите в момента прототипи на молекулни двигатели работят чрез механизми на превключване, като изомеризация на връзки или образуване/разкъсване на връзки, които се задействат от външни стимули като светлина, pH, окисление/редукция и др. Когато такива молекулни превключватели интегрират конформационна асиметрия, наречени хиралност, в своята молекулярна структура, динамиката на превключване може да развие пространствена насоченост, като по този начин осигури еднопосочно движение – ключово изискване за функционален двигател, дори в наномолекулен мащаб. Разработването на нови архитектури на двигатели със специални функционалности е от съществено значение с оглед на разнообразните потенциални технологични приложения - от адаптивни наноматериали до целенасочено доставяне на лекарства. За да се постигне това, необходимият напредък в молекулния дизайн и органичния синтез трябва да се ръководи от дълбоко механистично разбиране на динамиката на молекулярното превключване и подобрени аналитични възможности за разрешаване, анализ и оптимизиране на желаната производителност. Естествено, това е мултидисциплинарно предизвикателство, което изисква сътрудничеството на високоспециализирани изследователски екипи с допълващ се опит в горепосочените области. За да се постигне това, проектът ще обедини консорциум от три лаборатории от България (BG), Румъния (RO) и Швейцария (CH), с комбинирана изследователска инфраструктура и опит за разработване на нов тип молекулен двигател. За тази цел ще се стремим към механизъм на превключване, задвижван от пренос на протони, наречен тавтомерия, който може да бъде задействан от светлинно облъчване и досега е оставал недостатъчно изследван за проектиране на двигатели, въпреки благоприятната си динамика на превключване. За да реализираме този потенциал, ние комбинираме уникален опит от участващите екипи: 1) моделиране и проектиране на високо ниво на високоефективни тавтомерни превключватели (BG), 2) усъвършенстван (асиметричен) органичен синтез за въвеждане на молекулярна хиралност в целевите проекти (RO) и 3) най-съвременна абсорбционна и хирална спектроскопия с времева резолюция за определяне на динамиката на превключване и за демонстриране на еднопосочно движение. Чрез този силно интердисциплинарен подход, ние се стремим да предоставим първия молекулен двигател, задвижван от протони, чийто механизъм за превключване обещава бързи скорости на въртене, изключителна устойчивост на стареене и надеждно дистанционно управление чрез светлинно облъчване. Тези резултати обещават да окажат дълбоко въздействие върху областите, разработващи (адаптивни) наноматериали, молекулни превключватели и машини, както и фотохимични системи. Освен това, съвместният и интердисциплинарен характер на този проект ще бъде солидна основа за трайна мрежа между участващите изследователски институции и ще подобри тяхното научно развитие, изследователски възможности и международна видимост.
76 537.98
0.00
Notes:
Elements in light blue allow detailed view when selected
All amounts are in euro (EUR) / 1 EUR = 1,95583 BGN
