Nano-molekulare Porphyrine und Fullereno-Porphyrine

Molekulare Nano-Objekte, welche Funktionen von optoelectronischen Komponenten übernehmen können, sind von beträchtlichem gegenwärtigen Interesse. Entsprechend geeignet strukturierte Verbindungen finden bereits als Modelle für die pflanzlichen Photoreaktionszentren Verwendung, wie auch als Bestandteile von beispielgebenden molekularen Speichermedien und logischen Schaltverbänden. Eine hohe thermische Stabilität und reversibles Verhalten bei Licht- oder Strominduzierten "Schreib- und Lese-Zyklen" sind für molekulare Komponenten in einer derartigen Verwendung vonnöten. Die weit verbreiteten Porphyrine und die kürzlich entdeckten Fullerene sind attraktive und (chemisch) robuste Verbindungen mit ausgedehnten, konjugierten pi-Systemen und sind damit so aufgebaut, dass sie den grundlegenden Voraussetzungen entsprechen. In diesem Projekt stellen wir das Design von neuartigen, nanometer-grossen Fullereno-PorphyrinVerbänden vor und schlagen eine generelle Strategie für deren effiziente Synthese vor. Der Projektvorschlag basiert auf der Verwendung eines spezifisch tetra-funktionalisierten Porphyrins als einem "Synthon" (d.h. eine einfache molekulare Einheit mit geeigneter Reaktivität) für den Aufbau mittels der [4+2]-Cycloadditions-Reaktion von regelmässig strukturierten, nanometer-grossen Oligoporphyrin-Einheiten, welche ich ihrerseits für die anschliessende Synthese von kovalenten Multifullereno-Addukten eignen sollen. Die vorgeschlagene Synthesestrategie sieht zunächst die Herstellung von geeigneten porphyrinoiden Bausteinen vor, mit effektiv komplementären Reaktivitäten (als "Dienophilen" and konjugierten "Dienen"), wie für die [4+2]-Cycloaddition nötig. Der kovalente Aufbau von verschieden strukturierten, ein- und zwei-dimensionalen Multiporphyrin Verbänden wird derart angestrebt, welche die Form von (elektronisch) konjugierten (linearen) "Leitern", von "Sternen" und von "super-Ringen" haben werden. Diese Multiporphyrin-Einheiten sind robuste Gerüste für die weitere kovalente Anknüpfung einer grösseren Zahl von C60 Fullerenen und zum Aufbau von nanometer-grossen molekularen Fullereno-Porphyrin-Verbänden. Die derart erhaltenen Fullereno-Porphyrine werden molekulare Einheiten mit a) einer voraussichtlich derzeit einmaligen Fähigkeit für die reversible Aufnahme von Elektronen sein, d.h. sie sind spezielle, reversibel funktionierende Speicher einer Vielzahl von Elektronen, und b) sie werden im sehr langwelligen Bereich des Lichts absorbieren. Strukturelle, spektroskopische, elektroanalytische und photophysikalische Studien sollen die ungewöhnlichen strukturellen und elektronischen Eigenschaften dieser Verbindungen erfassen lassen, welche sich speziell für die elektrochemische EinzelmolekülDetektion eignen sollen. Wegen ihrer (teilweise vorhersagbaren) ungewöhnlichen molekularen Eigenschaften wird den erzeugten Fullereno-Porphyrine besonderes Interesse als neuen und praktisch zugänglichen, nanomolekularen optoelektronischen Komponenten zukommen.