3. Pho­to­che­misch schalt­ba­re Na­no­dräh­te

Molekulare Drähte sind wichtige Systembausteine in der fortschreitenden Miniaturisierung elektronischer Geräte. Neben der Anbindung molekularer Komponenten an makroskopische Elektrodenmaterialien, stellt die Schaltbarkeit in molekularelektronischen Devices eine große Herausforderung dar. Gerade optisch schaltbaren Komponenten kommt dabei eine große Bedeutung zu, da lichtgetriebene Prozesse auf der Femtosekundenzeitskala verlaufen, verlustfrei über größere Strecken fortgeleitet werden können und zudem in Nanometer-dimensionierten molekularelektronischen Devices implementierbar sind.

Bereits vor einiger Zeit haben wir mit 5 ein molekulares Modellsystem entwickelt, das Teilaspekte eines photochemisch schaltbaren Drahtes abbildet.

Nach Lichtanregung photoredoxaktiver Ruthenium-Fragmente (MLn = Ru(bpy)2) erfolgte ein intramolekularer Elektronentransfer von jeweils einem Ru(II)-Kern in den Dehydroannulen Ring. Thermodynamische Triebkraft für die reversible Ladungstrennung ist dabei die Relaxation der gespannten Cycloalkinsubstruktur nach Aufnahme zweier Elektronen.

In jüngerer Zeit haben wir dieses Konzept weiter entwickelt. Strategisches Ziel unserer Arbeiten ist derzeit die Entwicklung einer Synthese für einen molekularen Draht mit Phenylen-Alkin-Rückgrat, an das über ein Dehydroannulen-Motiv eine Metallfragment-Bindungsstelle zur Verfügung gestellt wird. Verbindung 6 zeigt eine aus diesem Konzept resultierende Zielstruktur.

In einer jüngst abgeschlossenen Dissertation konnten dabei wesentliche Elemente von 6 (z.B. der Diazafluorenon-Ligand sowie dessen Einbindung in ein Dehydroannulen) realisiert werden.  Der Aufbau größer Substrukturfragmenten von 6 ist derzeit im Gange.

Ebenso arbeiten wir gegenwärtig an einer Donor – π-Leiter – Akzeptor-Dyade des Typs 7. Elektronendonor ist dabei das elektronenreiche Porphyrin, das entlang des π-Systems des Polyalkin-Drahtes Elektronendichte in Richtung des Fullerens als Elektronenakzeptors und –reservoir kanalysieren soll.

Dieser ‚normale’ (und in der Literatur belegten) Ladungstransfer kann durch Lichtanregung des anhängenden Metallfragments gestört werden, so dass es hier zu einem wellenlängenselektiven, schaltbaren Prozess kommen kann.