Molecular‐Level Devices and Machines

Abstract

Inorganic nanocrystals with well defined shapes are important for understanding basic size-dependent scaling laws, and may be useful in a wide range of applications. Methods for controlling the shapes of inorganic nanocrystals are evolving rapidly. This talk will focus on a strategy that involves pyrolysis of organometallic precursos in mixtures of hot organic surfactants. The surfactant mixtures can be used to control the growth rates of differnet facets of the nanocrystals, allowing for wide tunability of shape. This will be illustrated with CdSe and Co nanocrystals. Both of these materials show pronounced variation of fundamental properties with aspect ratio. The nanorods can be aligned in a variety of ways. For instance, monolayers of surfacatant coated rod-like nanocrystals of these materials display a very rich phase diagram, analogous to the phases of liquid crystals. Block copolymers can be used to orient the rods. Finally, very special inorganic structures, tetrapods consisting of four rods at the tetrahedral angle, will always spontaneously align perpendicular to a surface. The possible application of these aligend nanorods in biological detection, photovoltaics, and light emitting diodes will be described briefly. Molecular-Level Devices and Machines Vincenzo Balzani Università di Bologna, ItalyA molecular-level device can be defined as an assembly of a discrete number of molecular components (that is, a supramolecular structure) designed to achieve a specific function. Each molecular component performs a single act, while the entire supramolecular structure performs a more complex function, which results from the cooperation of the various molecular components. Molecular-level devices operate via electronic and/or nuclear rearrangements, and like macroscopic devices they need energy to operate and signals to communicate with the operator. Light is the most important answer to this dual requirement, as shown by Nature where photons are used as energy by the devices responsible for photosynthetic processes and as signals by the devices responsible for vision-related processes. Another useful technique to cause and to monitor the occurrence of electronic and nuclear rearrangements in molecular and supramolecular systems is electrochemistry.In the last few years prototypes of very simple molecular-level machines and molecular-level components related to the construction of molecular-based (chemical) computers have been developed by several research groups. 1 Examples of molecular-level devices and machines investigated in our laboratory will be illustrated and discussed. For many applications manufactured surfaces with engineered structures in the nano-meter range are desirable. The properties of nucleic acids makes them a perfect material for this purpose: Nucleic acids have a regular structure with a 0.34 nm period, through its sequence it is addressable in a nanometer range.Technically we propose to immobilise DNA-oligomers on multiple points in an ordered way. It is important to retain its functional...

Ein verbrücktes Azobenzol‐Derivat als reversibler lichtinduzierter Chiralitätsschalter

“…[4][5][6] Die hohe Amplitudenänderung zwischen der gestreckten trans-Form und dem kompakten cis-Isomer sowie die relativ hohe Reversibilität und Photostabilität, die eine Vielzahl an Schaltzyklen ermöglichen, machen die Azobenzol-Derivate zu einer der am häufigsten verwendeten Schalteinheiten überhaupt. [2][3][4][5][6] Bei näherer Betrachtung des Schaltprozesses von Azobenzol zeigt sich, dass es beim Übergang vom trans-zum cis-Isomer neben der einfachen Strukturänderung auch zum Auftreten helicaler Chiralität kommt, d. h., es werden zwei enantiomere cis-Isomere gebildet (Schema 1). Es wäre eine immense Erweiterung der Anwendungsmöglichkeiten von AzobenzolDerivaten, wenn man einen unidirektionalen Schaltprozess, der nur zwischen dem achiralen, planaren trans-Isomer und einem der chiralen cis-Isomere stattfindet, bewerkstelligen könnte.…”

“…

Professor Rolf Gleiter gewidmetPhotochrome Moleküle, die reversibel zwischen zwei Isomeren unterschiedlicher Struktur und Eigenschaften geschaltet werden können, sind für die Entwicklung von optischen Speichern, [1] molekularen Motoren, [2] Maschinen [3] etc. von hohem Interesse.

…”

Steuerung planarer Chiralität – der Bau eines Kupferionen‐betriebenen chiralen molekularen Scharniers

“…[1] Eine Vielzahl molekularer Apparate wurde bisher entwickelt, z. B. Motoren, Rotoren, Shuttles, Schalter, Ratschen, Pinzetten usw.…”

“…B. Motoren, Rotoren, Shuttles, Schalter, Ratschen, Pinzetten usw. [1,2] Ein wesentliches Ziel hierbei ist der Bau von synthetischen molekularen Maschinen, deren Funktionsfähigkeit -in Analogie zu ihren makroskopischen Vorbildern -auf der gerichteten synchronisierten Bewegung von Maschinenteilen beruht. Bei diesen Systemen löst ein externer Stimulus eine kontrollierte, mit großer Amplitude erfolgende oder gerichtete Bewegung einer Komponente relativ zu einer anderen aus, durch die eine Aufgabe erledigt wird.…”

Ein Metallionen‐betriebenes supramolekulares Chiralitätspendel

“…[1,2] Ein Fokus liegt hierbei auf der Steuerung von Chiralität, da diese beispielsweise unidirektionale Drehbewegungen ermöglichen könnte. Die Unidirektionalität ist eine der wichtigsten Grundvoraussetzungen für den Bau von synthetischen molekularen Maschinen, deren Funktionsfähigkeit -in Analogie zu ihren makroskopischen Vorbildern -auf der gerichteten synchronisierten Drehbewegung von Maschinenteilen beruht.…”