超分子器件

超分子光化学分子器件
单位：山西大学化学化工学院
年级： 2007级药学
姓名：李寅生
学号：2007295016
超分子光化学分子器件
李寅生
（山西大学化学化工学院 2007级药学）
摘要：本文主要介绍了超分子光化学分子器件的研究进展,讨论了四种具有代表性的能组成光化学分子器件的超分子体系,即光
能转换分子器件、光分子开关、光分子导线、荧光探针及其
它新型光分子器件
关键词: 光化学分子器件光能转换分子器件光分子开关光分子导线荧光探针新型光分子器件
引言
日常所说的“器件”是指由各种具有不同功能的元件经组装后用来完成特定复杂功能的组合件. 若将宏观器件的概念延伸到分子水平,就形成分子器件. 该器件若以光为驱动力则称为超分子光化学器件. 这样的体系可执行定向电子转移,远距离电子能量迁移及分子开关等单个分子所不具备的功能.目前在光电转换材料[ 1 ,2 ] 和分子开关材料的合成[ 3 ]、以及对超分子内分子间的能量传递,电转移过程的产生机制方面的研究取得了一定进展[ 4-6 ] . 对超分子光化学过程以及光化学分子器件的研究,可突破半导体器件在毫微级制造工艺上的极限,从而有可能开发出具有存储功能,开关功能的分子计算机元件. 因此世界发达国家纷纷把光化学分子器件的研究和开发列入高新技术领域的重点发展对象.根据光化学分子器件的功能和用途,可把它分为光能转换分子器件、光开关、光导线、荧光探针等.
●光能转换分子器件
分子器件可看作是具有独立行为组分的集合,分子内各组分具有相对独立性,但彼此之间又存在弱键结合,从而形成具有一种特定功能的超分子体系. 光能转换的分子器件中,在光作用下光活性部分既起到“天线”或“接口”的作用,又把光能转化成电能或化学能,通过连接部分完成光能/电能或光能/化学能转换.
●光化学分子开关
通过光诱导使超分子发生结构变化、电子转移、能量转移等,通过这些方式可以组成分子开关器件.
●分子导线
能作为光化学超分子导线的超分子体系一般应具有如下特点:a. 具有允许电子传导的π共轭长链;b. 含有两个能进行可逆电子交换的活化基团终端. 根据导线形状可分为线形或星形分子导线.
●荧光探针
在对超分子体系及特殊微环境中的物化特性、结构参数以及在这类体系中发生的物理化学过程的检测中,利用光化学和光物理探针技术不仅灵敏方便而且可
信可靠. 当三磷酸腺苷与由具有吖啶基团的一个[24]N
6O
2
大环形成受体分子键
合,吖啶荧光发射会增强. 通过将三磷酸基团键合到质子化大环,以及具有颜料
残基的腺嘌呤单元的堆积,可产生双识别. 如图所示,鸟嘌呤三磷酸的发射将略为降低. 所以这一个受体是一种灵敏的和选择性的ATP 荧光探针. 当键合ATP 后产生荧光信号[ 7 ] .
荧光探针超分子
（Supuramolecule with chromophores probe function）
其它光化学分子器件
目前随着超分子光化学的发展,在新型的光化学分子器件理论和应用研究方面取得了一定进展. 在有机电致发光器件的应用方面已有一定报道[8] . 欧阳建明等设计合成了一系列的新型8 -羟基喹啉两亲配体(HL) 及其配合物(ML2 ) . 并以这些配合物的LB 膜为发光层制备了LB 膜电致发光器件[9]. 中科院长春物理研究所秦伟平[10]在分子尺度上研究了“反斯托克斯”荧光制冷的微观机制,首次提出了“单分子- 光子泵(SMPC) ”的概念. 理论上证明了单分子可以制冷,特定条件下,单分子就可以成为最小制冷机. T. Ross Kelly等[11]提出了超分子体系在光作用下发生构型旋转或化学键断裂产生化学能,从而可设计出光化学分子马达. M. Tersa. Albelda 提出含聚酰胺、萘基团的超分子化合物可以利用pH 调节来设计成一种光控微型发动机器[12] . Vincenzo Balzani 等提出了利用一种构型化合物和一种大环化合物在不同光作用下发生自组装、解旋等动作产生能量设计出一种无污染新型光控机器[13] .
总结
光化学分子器件研究已成为世界性前沿课题,特别是新型光控分子水平机器的研究具有独特吸引力. 随着该领域研究范围不断扩大,新型光化学分子器件将在生命科学、材料科学、环境科学和信息科学方面发挥巨大作用.
参考文献
[1 ] Wasielewski ,Michael R ,Mark P ,et al. Photoinduced electron transfer in meso triphenyltriptycenylporphyrin quinones [J ] . J Am Chem Soc ,1984 ,106 :
5043.
[2 ] 黄红敏,贺庆国,蔺洪振,等. 共轭聚合物PC60 复合体系及其在光伏打电池
中的应用[J ] . 感光科学与化学,2002 , (1) :71 73.
[3]Wagner R W ,Lindsey J S ,Johnson TE ,et al. Soluble synthetic multiporphyrin arrays. 1. Modular design and synthesis[J ] . J Am Chem Soc ,1996 ,118 :11166.
[ 4 ] Gust D ,Moor TA ,Moore AL ,et al. A carotenoid porphyrin diquinone tetrad : synthesis , electrochemistry and photoiduced electron transfer [ J ] , Tetrahedon ,1989 ,45 :4867.
[5 ] Gust D ,Moor TA ,Liddel PA ,et al. Charge separation in carotenoporphyrin quinone triads :synthesis ,conformational ,and fluorescence lifetime studies [J ] . J Am Chem Soc ,1988 ,10 :321. [6 ] Gust D ,Moor TA ,Moore Al ,et al. Photoinduced electron and energy transfer in molecular pentads[J ] . J Am Chem Soc ,1993 ,115 :11141
[7 ] 晏华. 超分子晶体[M] . 北京:科学出版社,2000.40 41.
[8 ] 朱为宏,朱世琴,田禾. 有机分子电致发光材料进展[J ] . 化学进展,2002 ,14 (4) :18 23.
[9 ] 欧阳健明. LB 膜的电致发光及其器件[J ] . 发光学报,2000 ,21 (4) :365 367.
[10 ] 秦伟平. 单分子- 光子制冷泵[J ] . 发光学报, 1999 ,20 (4) :372 375.
[11 ] Kelly T Ross , Richard A Silva , Harshani Desilva ,et al. A Rationally Designed prototype of a molecularMotor[J ] . J Am Chem Soc ,2000 ,122 :6935 6949.
[12] Albelda M Teresa , Bernardo M Alexandra , Pilar Diaz , et al. Polyamines containing naphthyl groups as pH regulated molecular machines driven by light [J ] . Chem Commun ,2001 :1520 1521.
[13 ] Balzani Vincenzo , Credi Alberto , Marchioni Filip po ,et al. Artifical molecular level machines. Dethreading rethreading of a pseudorotaxane poweredexclusively by light energy [ J ] . Chem Commun ,2001 :1860 1865.。