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Presa/spina
Nella Figura 2 è mostrato un sistema chimico a due compo-
nenti, che presenta esattamente le caratteristiche del sistema
macroscopico presa/spina [16]; è, infatti, possibile connettere/
disconnettere i due componenti in modo reversibile e, una volta
che i due componenti sono connessi, è possibile far passare
energia dall'uno all'altro. Il sistema è costituito da un etere co-
rona contenente un'unità binaftile e da un'ammina secondaria,
legata ad un'unità antracene da una parte e ad un metile
dall'altra. In soluzione, per aggiunta di un acido in grado di pro-
tonare il gruppo amminico, il risultante ione ammonio si infila,
dalla parte contenente l'unità metile, nell'etere corona. Questo
addotto, che è stabilizzato da forti legami ad idrogeno, può es-
sere reversibilmente dissociato per aggiunta di una base che
trasforma nuovamente lo ione ammonio in ammina. Quando i
due componenti sono associati, l'eccitazione luminosa del-
l'unità binaftile è seguita dal trasferimento di energia all'unità
antracene che, come conseguenza, emette luce. Cambiando
opportunamente i componenti, è possibile costruire una pre-
sa/spina molecolare adatta per il trasporto di elettroni anziché
di energia. Si può anche notare che, come per i cor-
rispondenti sistemi macroscopici, nel sistema a li-
vello molecolare la connessione può avvenire solo
se presa e spina hanno dimensioni compatibili; è
inoltre possibile introdurre nella connessione un
elemento di riconoscimento legato alla chiralità.
Prolunga
Il concetto di spina/presa sopra riportato può essere
ulteriormente sviluppato per ottenere prolunghe a li-
vello molecolare, come ad esempio il sistema illustra-
to nella Figura 3 che è costituito da tre componenti
appositamente progettati e sintetizzati [17]. Il compo-
nente di sinistra è formato dal complesso Ru(bpy)
32+
,
che gioca il ruolo di antenna per l'energia luminosa,
collegato ad un etere corona che può funzionare da
presa nei confronti dell'unità ammina/ammonio pre-
sente nel componente centrale. Quest'ultimo contie-
ne anche un gruppo elettron accettore che può fun-
zionare da spina rispetto al componente di destra,
che è un etere corona con proprietà elettron donatri-
ci. La connessione fra il componente di sinistra e il
componente centrale può essere controllata median-
te stimoli acido/base, mentre quella fra il componente
centrale e il componente di destra da stimoli redox. Quando i tre
componenti sono connessi, l'eccitazione luminosa dell'unità
Ru(bpy)
3
2+
causa il trasferimento di un elettrone all'unità (spina)
infilata nel componente di destra (presa).
Antenne
Da alcuni anni, nel campo della chimica, sono oggetto di intensi
studi macromolecole ramificate chiamate dendrimeri (dal greco
dendron) per la loro forma ad albero. I dendrimeri hanno struttu-
re esteticamente attraenti, ma, come nel caso degli alberi, l'inte-
resse ad essi rivolto non è tanto legato alla loro "bellezza",
quanto piuttosto ai "frutti" (cioè alle funzioni) che sono capaci di
"produrre". Questi sistemi sono altamente ordinati e, potendo
contenere unità prescelte e ben definite in siti predeterminati
della loro struttura, presentano proprietà modulabili e program-
mabili, cosa che li rende particolarmente interessanti sia dal
punto di vista della ricerca di base sia per le loro possibili appli-
cazioni [18]. La struttura di un dendrimero, in cui si possono di-
stinguere tre differenti regioni, "core", rami e superficie, è carat-
terizzata dalla presenza di cavità interne dove possono essere
ospitati ioni e piccole molecole. Questa proprietà può essere
sfruttata per molte applicazioni, alcune delle quali sono legate
alla luminescenza. In tale ambito un esempio particolarmente
interessante è rappresentato da un dendrimero contenente
un'unità esammina al centro, alla quale sono appesi quattro ra-
mi, in ciascuno dei quali sono presenti numerose unità cromofo-
riche [19]: in totale, esso contiene 8 dansili, 24 dimetossibenze-
ni, e 32 naftaleni. In acetonitrile, questo dendrimero presenta le
bande di assorbimento di ciascuna delle sue unità componenti,
ed una sola, intensa banda di luminescenza corrispondente
all'unità dansile. Un tale risultato indica che c'è trasferimento di
energia elettronica dalle unità naftalene e dimetossibenzene
all'unità dansile, come è dimostrato anche dallo spettro di ecci-
tazione. Quando il dendrimero ospita una molecola di eosina
(Figura 4), la luminescenza del dansile è completamente spen-
ta, mentre compare la luminescenza dell'eosina, indipendente-
mente dall'unità che assorbe luce. Si deduce, quindi, che la mo-
lecola di eosina incapsulata nel dendrimero raccoglie l'energia
elettronica da tutti i 64 gruppi cromoforici che costituiscono il
dendrimero (effetto "antenna"): il dendrimero con le sue unità
assorbe luce in un largo intervallo spettrale, che comprende il
vicino UV ed il visibile, ed emette luce di 560 nm. Usando altre
molecole come ospiti del dendrimero, si può modulare in un
ampio intervallo il valore della lunghezza d'onda dell'emissione.
Porte logiche
Sono stati descritti molti sistemi molecolari o supramolecolari
che, operando mediante segnali di luminescenza, si comporta-
no come porte logiche: alcuni esempi sono brevemente de-
scritti qui di seguito, rimandando per una trattazione più com-
pleta ai riferimenti [20] e [21].
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RICH
MAC
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Figura 3 - Una prolunga a livello molecolare