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Porta AND
Nella Figura 5a sono mostrati un sistema supramolecolare che si
comporta secondo la logica AND [22], la rappresentazione sim-
bolica della porta AND e la corrispondente tabella della verità.
Nel sistema supramolecolare, costituito da un'unità antracene,
potenzialmente fluorescente, da un'ammina e da un etere coro-
na, lo stato eccitato dell'antracene viene "spento" da reazioni di
trasferimento elettronico da parte sia dell'ammina sia dell'etere
corona, entrambi buoni elettron donatori. Aggiungendo un acido,
l'ammina viene protonata e il corrispondente ione ammonio non
è in grado di interagire con lo stato eccitato dell'antracene, che
tuttavia continua a non emettere per la presenza dell'etere coro-
na. Se, però, a questo punto, vengono aggiunti anche ioni sodio,
l'etere corona complessa lo ione metallico e perde le sue carat-
teristiche di buon elettron donatore; come conseguenza lo stato
eccitato dell'antracene ora, in assenza di spegnitori, emette.
Quindi, quando sono presenti sia ioni idrogeno sia ioni sodio, e
solo in questo caso, il sistema supramolecolare è fluorescente.
Porta XOR
La logica OR ESCLUSIVO (XOR) è particolarmente importante
perché permette di paragonare lo stato di due segnali digitali in
entrata. Se i due segnali sono diversi, il segnale di uscita è 1,
mentre se sono uguali è 0. Nella Figura 5b sono mostrati un si-
stema supramolecolare che può comportarsi secondo questo ti-
po di logica [23], la rappresentazione simbolica della porta XOR
e la corrispondente tabella della verità. Il sistema è costituito da
un macrociclo contenente due gruppi dimetossinaftalene a carat-
tere elettron donatore nel quale si infila spontaneamente un
componente lineare contenente un'unità diazapirenio con pro-
prietà elettron accettrici: si ottiene così una struttura di tipo pseu-
dorotassano, stabilizzata da interazioni di trasferimento di carica,
la cui formazione è evidenziata da diversi segnali ottici. Il più in-
teressante di questi è la scomparsa dell'intensa banda di fluore-
scenza del macrociclo (
max
=343 nm), dovuta alla presenza di
stati di trasferimento di carica a minore energia. Questo sistema
si comporta come una porta logica XOR usando come "input" H
+
e n-Bu
3
N, e come "output" l'intensità dell'emissione a 343 nm. Il
punto di partenza per il suo funzionamento, mostrato schemati-
camente nella Figura 5c, è costituito dalla struttura assemblata di
tipo pseudorotassano in cui la fluorescenza del macrociclo è
spenta (output=0). Se ora si aggiunge l'ammina, lo pseudorotas-
sano si dissocia a causa della formazione di un complesso molto
più stabile fra l'unità diazapirenio del filo e l'ammina stessa. Il
macrociclo, quindi, è libero e la sua fluorescenza non è più spen-
ta (input ammina=1, output=1). Anche l'aggiunta di acido allo
pseudorotassano induce sfilamento a causa della forte affinità
del macrociclo per i protoni. Poiché la protonazione non modifica
le proprietà di fluorescenza del macrociclo, presumibilmente per-
ché ad essere interessati sono gli atomi di ossigeno degli eteri
alifatici, si osserva di nuovo la caratteristica emissione a 343 nm
(input H
+
=1, output=1). Se, però, i due input vengono aggiunti al
sistema simultaneamente e in quantità stechiometrica, si ha la
loro completa neutralizzazione, lo pseudorotassano rimane intat-
to e, come conseguenza, non si osserva la fluorescenza a 343
nm (input ammina=1, input H
+
=1, output=0).
Trasmissione di segnali digitali fra molecole
Poiché è difficile stabilire comunicazioni elettriche fra molecole,
è importante sviluppare metodi alternativi che permettano di
trasmettere segnali a livello molecolare. Sono già stati riportati
sistemi chimici nei quali la comunicazione intermolecolare vie-
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Figura 4 - Un dendrimero con 64 unità in grado di assorbire
ed emettere luce e capace di ospitare nelle cavità
della sua struttura una molecola di eosina
Figura 5 - a) Esempio di sistema supramolecolare
che si comporta secondo la logica AND, rappresentazione
simbolica della porta AND e corrispondente tabella della verità;
b) esempio di sistema supramolecolare che si comporta
secondo la logica XOR, rappresentazione simbolica
della porta XOR e corrispondente tabella della verità;
c) meccanismo che descrive il comportamento secondo la
logica XOR del sistema supramolecolare rappresentato in b)