具有熒光傳感的分子開關(guān)與邏輯器件.pdf

1、在最近二十年里，超分子化學得到更加迅速的發(fā)展，并逐漸向其他領(lǐng)域滲透，形成許多新興的交叉學科。分子開關(guān)和邏輯分子器件就屬于超分子化學與光化學、電子工程、信息科學等學科交叉的結(jié)果。 光是優(yōu)良的信息載體，能夠被無線傳輸和遠程監(jiān)控。冠醚化合物是超分子化學的第一代主體，得到了廣泛而深入的研究。而邏輯分子器件作為新興的研究領(lǐng)域吸引了廣泛的注意，但是也存在很多需要解決的問題。基于本組的研究基礎(chǔ)，本文利用超分子光化學的設(shè)計理念，以帶有光活性基團

2、的冠醚衍生物和簡單的熒光分子為研究對象，探索了分子識別和分子組裝引起的光化學和光物理行為在分子信息處理方面的應(yīng)用，研究了復(fù)雜邏輯功能的單分子集成以及邏輯分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律，為邏輯分子器件間的通信和集成打下了基礎(chǔ)。具體研究內(nèi)容如下： 1．首先簡要介紹了超分子化學和超分子光化學的概況，并展望了超分子化學和超分子光化學的發(fā)展前景；對冠醚(只包括苯并15冠5和二苯并24冠8)在分子器件和組裝上所取得的重要成果和最新進展進行了評述；綜述了邏輯

3、分子器件近十幾年的發(fā)展，并探討了其中存在的問題和挑戰(zhàn)。 2．將苯并15冠5與Stilbazole和1,5-二羥基萘共價連接合成了熒光團修飾的單冠醚和雙冠醚，通過B15C5與金屬離子的鍵合可以調(diào)控熒光團的PET、ICT和excimer等光物理行為，并利用該光譜變化的現(xiàn)象模擬了邏輯AND(與)和OR_(或)門的功能，以及生命體系中廣泛存在的“off-on-off"’和“on-off-on"的開關(guān)行為。 3．合成了具有n-型電

4、子特性的蒽橋聯(lián)的雙二苯并24冠8，它與二甘醇橋聯(lián)的雙二級胺之間能夠形成穩(wěn)定的多價相互作用。在此基礎(chǔ)上，我們進一步優(yōu)化了多價客體的結(jié)構(gòu)，合成了具有p-型電子特性的萘二酰亞胺剛性橋聯(lián)雙位點客體，它與雙冠醚在電子特性和空間結(jié)構(gòu)上精確互補，形成了超穩(wěn)定的復(fù)合物。該復(fù)合物不僅僅能夠保護葸不發(fā)生光化學氧化，還能被看作分子p-n異質(zhì)結(jié)的分子電子器件。并且本文還采用多種作用因素，如(Bu)<,3>N/CF<,3>COOH，[(Bu)<,4>N]F/CF

5、<,3>COOH，[(Bu)<,4>N]Ac/CF3COOH，NaClO<,4>/B15C5和KPF<,6>/18C6等，控制該超穩(wěn)定組裝體的可逆解離。 4．成功地將半加、半減、比較、可調(diào)節(jié)的"off-on-(off)”開關(guān)等多種邏輯功能集成到了單個2-phenylimidazo[4，5-f][1，10]plenanthroline分子上，并利用酸堿作為輸入，特定波長的發(fā)射和吸收強度的變化作為輸出，控制各種邏輯功能的執(zhí)行。并且還