JP2003520384A - 連結されたサンドイッチ型配位化合物のポリマーを担持する基板およびそれを使用する方法 - Google Patents

連結されたサンドイッチ型配位化合物のポリマーを担持する基板およびそれを使用する方法

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JP2003520384A
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、サンドイッチ型配位化合物(図5、図6)から構成されるポリマーを組込む、高密度で、不揮発性のメモリーデバイスを提供する。このようなポリマーは、複数の異なる、識別可能な酸化状態(例えば、10個の異なる、識別可能な酸化状態)を示し得て、したがって、複数ビットの情報を記憶する分子、情報記憶媒体および装置を提供する。さらに、ポリマーは、基板に固定または結合されて、エレクトロクロミック表示(221)、分子コンデンサ(208)および電池(222)のような他の有用な物品を生産しうる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 本発明は、ナバル研究所の部局から得られた交付番号N00014−99−1
−0357号で政府の支持で行われた。政府は、本発明に対して特定の権利を有
する。
【0002】 [関連出願] 本発明は、2000年1月14日に提出されたJonathan S.Lin
dseyの共同で所有された、共に係属中の出願番号第09/483,500号
の一部継続出願であり、その開示は、引用することにより本発明の一部をなすも
のとする。
【0003】 [発明の分野] 本発明は、電気的な記憶分子が結合した基板を含む製品、並びにそれを使用す
る方法に関する。
【0004】 [発明の背景] コンピュータの基本的機能は、情報処理および記憶を含む。典型的なコンピュ
ータシステムでは、これらの計算、論理および記憶操作は、しばしば「0」およ
び「1」と称される2つの状態の間で可逆的に切り替わる能力のある装置によっ
て行われる。ほとんどの場合には、このような切り替え装置は、これらの種々の
機能を発揮し、そして最小限の電気エネルギーを用いて、非常に早い速度で2つ
の状態の間で切り替わる能力のある半導体装置から製造される。したがって、例
えば、トランジスターおよびトランジスター変形は、コンピュータでの基本的な
切り替えおよび記憶機能を発揮する。
【0005】 現代のコンピュータの膨大なデータ記憶要求のため、新しく、小型で、低コス
トの非常に容量の高く、高速のメモリー構成が必要とされる。この目的を達成す
るために、化学的分析のための分子電気的スイッチ、ワイヤー、マイクロセンサ
ー、および光学的コンピュータ処理に使用するための光電気的構成要素が、追求
されてきた。このアプリケーションに分子を使用することの基本的な利点は、構
成要素密度が高いこと(平方センチメートル当たり1010ビットより以上)、応
答速度が増大したこと、およびエネルギー効力が高いことである。
【0006】 多様なアプローチは、分子に基づくメモリーデバイスのために提案されてきた
。これらのアプローチは、一般に、2つの異なる状態の間で切り替えられる分子
構築を使用するが、現在までに行われてきたアプローチの全ては、コンピュータ
装置でのこれらの使用を困難に、または実行不可能にする固有の限界を示す。
【0007】 例えば、分子メモリーの生産に対するこのようなアプローチは、フォトクロミ
ック染料、エレクトロクロミック染料、酸化還元染料、および分子機械を含み、
そしてそれらの全ては、可変のメモリー素子としての、それらの応用を不可能に
してきた根本的な限界を有する。これらの分子構築は、一般に、読み取り/書込
みの制約によって制限される。さらに、有効な分子二重安定性が得られる場合で
さえ、フォトクロミック読み取りについての要求は、装置構築を、2次元厚のフ
ィルムに限定する。そのようなフィルムの達成可能なメモリー密度は、1010
ット/cm2を越えそうにない。このような限定は、可変の分子メモリー素子と
してのこれらの装置の魅力を大いに減少させる。
【0008】 [発明の要約] 本発明は、複数の共有結合で連結されたモノマー単位を含むか、あるいはかか
るモノマー単位から構成されるポリマーを提供する。そのモノマー単位は、サン
ドイッチ型配位化合物を含む。ポリマー中の共有結合で連結したモノマー単位は
、同じサンドイッチ型配位化合物(例えば、ポリマーは、ホモポリマーである)
であっても、または異なるサンドイッチ型配位化合物(例えば、ポリマーは、共
重合体である)であってもよい。ポリマーは、製品(article of manufacture)
を形成する基板(担持基板)に対する共有結合(直接またはリンカーを介して)
または非共有結合(イオン連結または非イオン「結合」などを介して)でありう
る。基板は、導体、半導体、絶縁体、およびその複合体を含む、多様な材料のい
ずれかでありうる。特定の材料としては、金属、金属酸化物、有機重合体などが
挙げられる。ポリマーは、単独で結合されているか、または1つまたはそれ以上
の他のポリマーおよび/または他の情報記憶分子と同時に積層される。
【0009】 このような物品の製造は、多様な目的のために有用である。例えば、これらの
ポリマーおよび物品の製造は、使用された電気電位を調節することによって、高
度なコントラストおよび多様な色を強力に供するエレクトロクロミックディスプ
レー材料を約束することができる。これらの材料は、固有の分子半導体としての
潜在的な用途をも見出す。これらの材料の電気化学的特性に富んでいることは、
それらを、強力な電池材料として、そして分子基材の情報記憶デバイスとしての
用途においても有用になる。
【0010】 本発明のポリマーは、以下の式I
【化1】 (式中、mは、少なくとも1(例えば、1、2、または3から10、20、50
または100またはそれ以上)であり、X1からXm+1は、サンドイッチ型配位化
合物(各々、同一でも異なっていてもよい)である)によって表されうる。
【0011】 式Iのポリマーの具体的な例は、以下の式II、
【化2】 (式中、X1からX10は、独立して選択されたサンドイッチ型配位化合物であり
、Y1からY9は、独立して選択された連結基またはリンカーであり、X3からX1 0 (およびY3からY9)は、各々、独立してまたは連続して、存在してもよく存
在しなくてもよい(例えば、2から10個のサンドイッチ型配位化合物から任意
の場所のポリマーを提供する))のポリマーである。
【0012】 本発明の製品は、以下の式III、
【化3】 (式中、Aは、基板(例えば、導体、半導体、絶縁体、およびそれらの複合体)
であり、mは、少なくとも1(例えば、1、2、または3から10、20、50
または100またはそれ以上)であり、X1からXm+1は、サンドイッチ型配位化
合物(各々、同一でも異なっていてもよい)である)によって表されうる。
【0013】 式IIIの製品の具体的な例は、以下の式IV、
【化4】 (式中、Aは、基板(例えば、導体、半導体、絶縁体、およびそれらの複合体)
であり、X1からX10は、独立して選択されたサンドイッチ型配位化合物であり
、Y1からY9は、独立して選択された連結基またはリンカーであり、X3からX1 0 (およびY3からY9)は、各々、独立してまたは連続して、存在してもよく存
在しなくてもよい(例えば、2から10個のサンドイッチ型配位化合物から任意
の場所のポリマーを提供する))で表される物品である。
【0014】 本発明を行うために使用されうるサンドイッチ型配位化合物の具体的な例は、
以下の式XI(ダブルデッカーサンドイッチ化合物について)または式XII(
トリプルデッカーサンドイッチ化合物について)、
【化5】 (式中、M1およびM2(存在する場合)は、ランタニド系列(Ln=La、Ce
、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb
、Lu、並びにY、Zr、HfおよびBi、そしてアクチニド系列では、Thお
よびU(Pmのような放射性元素は、一般に好ましさは低い))の金属から成る
群から独立して選択される材料であり、L1、L2およびL3(存在する場合)は
、独立に選択されるリガンド(例えば、ポルフィリン性マクロサイクル)であり
、Q1、Q2およびQ3は、存在してもしなくてもよく、存在する場合には、独立
して選択されたリンカー(チオ、セレノまたはテルロ基のような好ましくは、保
護基または保護されていない基を含むリンカー)である。好ましくは、Q1、Q2 およびQ3の少なくとも1つが、存在する。)を示す。
【0015】 1つの具体的な実施形態では、本発明は、データを記憶するための装置(例え
ば、「記憶セル」)を提供する。記憶セルは、上に記述されるとおりのポリマー
を含む「記憶媒体」に電気的に結合した固定電極であり、そしてそのポリマーは
、データが、電気的に結合した電極を介した前記記憶媒体からの1以上の電子の
付加または引き抜きにより(好ましくは非中性(non neutral)の)酸化状態で
記憶された、識別可能で異なる複数の酸化状態を示す。
【0016】 好ましい記憶セルでは、記憶媒体は、少なくとも1ビットの密度で、そして好
ましくは少なくとも2ビットの密度でデータを記憶する。したがって、好ましい
記憶媒体は、少なくとも2、そして好ましくは少なくとも4、8または10また
はそれ以上の識別可能で異なる酸化状態を示す。特に好ましい実施形態では、ビ
ットは、全て、非中性酸化状態で記憶される。最も好ましい実施形態では、記憶
媒体の識別可能で異なる酸化状態は、約5ボルトより大きくなく、より好ましく
は約2ボルトより大きくない、そして最も好ましくは約1ボルトより大きくない
電圧差によって設定されうる。
【0017】 記憶媒体は、共有結合(直接またはリンカーを介して)、イオン性結合、非イ
オン性「結合」、電極(類)に対する記憶媒体の単純な並列/並置、または媒体
と電極(類)の間の電子トンネルが起りうるような電極(類)への単純な隣接を
含むが、これらに限定されない多数の従来の方法のいずれかによって電極(類)
に電気的に結合されている。記憶媒体は、1以上の双極材料(類)を含むか、ま
たは並置されるか、または積層されうる。好ましい双極材料は、カウンターイオ
ン(例えば、Nafion(登録商標)フルオロポリマー)と共に埋設される。
本発明の記憶セルは、封入(または他のパッケージング)に十分に敏感に反応し
、集積回路、または集積回路の構成要素として、非封入「チップ」などを含めた
多数の形態で提供されうるが、それらに限定されない。ある種の実施形態では、
記憶媒体は、参照電極である第二の電極に電気的に結合される。ある種の好まし
い実施形態では、記憶媒体は、装置中で単一の平面に存在する。本発明の装置は
、複数の記憶位置で存在する記憶媒体を含み得て、そして特定の構成では、各記
憶位置および関連電極(類)は、別々の記憶セルを形成する。記憶媒体は、装置
(二次元またはシート様の装置)中の単一の平面に、または装置(三次元装置で
)中の複数平面に存在しうる。実際に、あらゆる数(例えば、16、32、64
、128、512、1024、4096など)の記憶位置および記憶セルが、装
置で提供されうる。各記憶位置は、単一電極により、または2以上の電極によっ
てアドレス指定されうる。他の実施形態では、単一電極は、複数記憶位置および
/または複数記憶セルにデータをアドレス指定されうる。
【0018】 好ましい実施形態では、1つまたはそれ以上の電極(類)が、記憶セル(類)
を書込み、読み取り、またはリフレッシュするための電圧/信号を供給しうる電
源(例えば、集積回路の出力、電力供給、ポテンシオスタット、マイクロプロセ
ッサー(CPU)など)に接続されている。1つまたはそれ以上の電極(類)は
、好ましくは、上記記憶媒体の酸化状態を読み出す装置(例えば、電圧測定装置
、電流測定装置、電位測定装置など)に接合される。特に、好ましい実施形態で
は、装置は、正弦波電圧電流計である。時間ドメインで、または周波数ドメイン
で読み出しを促進する種々の信号処理方法が、提供されうる。したがって、ある
種の実施形態では、読み出し装置は、上記電極からの出力信号のフーリエ変換(
または他の周波数分析)を与える。特定の好ましい実施形態では、装置は、上記
酸化状態を読取った後に上記記憶媒体の酸化状態をリフレッシュする。
【0019】 特に、本発明の好ましい方法および/または装置は、「固定」電極を利用する
。したがって、1つの実施形態では、電極(類)が可動性である(例えば、1つ
またはそれ以上の電極は、「読み取りヘッド」、走査トンネル顕微鏡(STM)
の情報、原子間力顕微鏡(AFM)の情報、または電極が、記憶媒体に関して可
動性である他の形態であり)方法および/または装置が、除外される。同様に、
特定の実施形態では、記憶分子が、光に反応性があり、および/または記憶分子
の酸化状態が、光に対する露出によって設定される方法および/または装置およ
び/または記憶媒体が除外される。
【0020】 別の実施形態では、本発明は、情報記憶媒体を提供する。情報記憶媒体は、こ
こに記述される記憶セルおよび/または種々のメモリーデバイスを組立てるのに
使用されうる。好ましい実施形態では、記憶媒体は、1つまたはそれ以上の異な
る記憶分子を含む。異なる種の記憶分子が存在する場合、各種の酸化状態(複数
の)は、好ましくは、記憶媒体を含む他の種の記憶分子の酸化状態(複数の)と
異なり、また識別できる。
【0021】 本発明は、データ記憶方法をも提供する。その方法は、i)例えば、ここに記
述されるとおり1つまたはそれ以上の記憶セルを含む装置を提供すること、およ
びii)上記記憶媒体(1つまたはそれ以上の記憶セルを含む記憶媒体)の酸化
状態を設定するために十分な電流で、電極に電圧をかけることを含む。好ましい
実施形態では、電圧範囲は約5ボルトより少なく、さらに好ましくは約2ボルト
より少なく、そして最も好ましくは約1ボルトより少ないか、または約0.5ボ
ルトより少ない。電圧は、記憶セル(類)に書込み、読取り、またはリフレッシ
ュするための電圧/信号を供給しうるいずれかの都合のよい電源の出力(例えば
、集積回路、電源供給、論理ゲート、ポテンシオスタット、マイクロプロセッサ
ー(CPU)など)でありうる。
【0022】 本発明の方法は、さらに、記憶媒体の酸化状態を検出し、そしてそれによりそ
こに記憶されるデータを読み出すことを含む。検出(読取り)は、都合により、
記憶媒体の酸化状態をリフレッシュすることを含む。読取り(検出)は、その時
間または周波数ドメインで読み出し信号を分析することを含む。したがって、読
み出し信号に対しフーリエ変換を行うことを含みうる。検出は、電圧電流測定法
を含めた多様な方法のいずれかでありうるが、それらに限定されない。
【0023】 本発明は、さらに、コンピュータシステムでの本発明のメモリーデバイス(例
えば、メモリーセル)を提供する。さらに、本発明のメモリーデバイスを利用す
るコンピュータシステムが提供される。好ましいコンピュータシステムは、中央
処理ユニット、ディスプレー、セレクターデバイス、および本発明の記憶デバイ
ス(例えば記憶セル)を含むメモリーデバイスを含む。
【0024】 [好ましい実施形態の詳細な説明] 上に明記されるとおり、本発明は、有効な読取りおよび書込みを可能にしなが
ら電気的に利用可能であり、高メモリー密度(例えば、1015ビット/cm3
を供し、高度の失敗寛容性を供し、そして有効な化学的合成およびチップ組立て
に影響しやすい新規の高密度メモリーデバイスを提供する。
【0025】 語句「サンドイッチ型配位化合物」または「サンドイッチ配位錯体」は、式L nn-1(式中、各Lは、複素環式リガンド(下に記述されるとおり)であり、各
Mは、金属であり、nは、2またはそれ以上でり、最も好ましくは2または3で
あり、そして各金属は、リガンドの対の間に配置され、そして各リガンド(金属
の酸化状態によって)中に1つまたはそれ以上の異種原子(および典型的には、
複数の異種原子、例えば、2、3、4、5)に結合されている)で表される化合
物に該当する。したがって、サンドイッチ型配位化合物は、金属が炭素原子に結
合されているフェロセンのような有機金属化合物でない。サンドイッチ型配位化
合物中のリガンドは、一般に、スタックされた向きに配列される(すなわち、そ
れらは、互いに関してその軸の周りに回転されていても、またはされなくてもよ
いが、一般に、両面に向けられ、そして互いに軸で配列される)。例えば、D.
NgおよびJ.Jiang、サンドイッチ型の、ヘテロレプティックの(hetero
leptic)フタロシアニナトおよびポルフィリナト金属錯体、Chemical Society Reviews 26巻、433〜442頁(1997年)
参照。
【0026】 語句「ダブルデッカーサンドイッチ型配位化合物」は、nが2であり、したが
って、式L1−M1−L2を示し、L1およびL2の各々が、同じであってもまたは
異なっていてもよい上に記述されたとおりのサンドイッチ型配位化合物に該当す
る。例えば、J.Jiangら、フタロシアニナトおよびポルフィリナトリガン
ドを用いたダブルデッカー・イットリウム(III)錯体(Double−de
cker Yttrium(III)Complexes with Phth
alocyaninato and Porphyrinato Ligand
s)、J.Porphyrins Phthalocyanines 3巻、3
22−328頁(1999年)参照。
【0027】 語句「トリプルデッカーサンドイッチ型配位化合物」は、nが3であり、した
がって、式L1−M1−L2−M2−L3を示し、L1、L2およびL3の各々が、同じ
であってもまたは異なっていてもよく、そしてM1およびM2は、同じであっても
または異なっていてもよい、上に記述されるとおりのサンドイッチ型配位化合物
に該当する。例えば、D.Arnoldら、共役二量体ポルフィリンリガンドを
含む混合フタロシアニナト−ポルフィリナト・ユーロピウム(III)トリプル
デッカーサンドイッチ錯体(Mixed Phthalocyaninato−
Porphyrinato Europium(III)Triple−dec
ker Sandwith Complexes Containing a
Conjugated Dimeric Porphyrin Ligand)
、Chemistry Letters 483〜484(1999年)参照。
【0028】 語句「ホモレプティックの(homo leptic)サンドイッチ型配位化合物」は、リ
ガンドLの全てが、同じである上に記述されるとおりのサンドイッチ型配位化合
物に該当する。
【0029】 語句「ヘテロレプティックの(hetero leptic)サンドイッチ型配位化合物」は
、少なくとも1つのリガンドLが、その中の他のリガンドと異なる上に記述され
るとおりのサンドイッチ型配位化合物に該当する。
【0030】 ここで使用されるとおり、語句「ヘテロレプティックのリガンド」は、一般に
、その異種原子が同じであっても、または異なっていてもよく、そしてその分子
が、別の複素環式リガンド(同じであっても、または異なっていてもよい)およ
び金属とサンドイッチ型配位化合物を形成する能力があることを特徴とする少な
くとも1つ、そして好ましくは複数の異種原子(例えば、N、O、S、Se、T
e)を含む炭素原子から構成される任意の複素環式分子に該当する。このような
複素環式リガンドは、典型的には、マクロサイクル、フタロシアニン、ポルフィ
リン、およびポルフィラジンのような特にテトラピロール誘導体である。例えば
、T.−H.Tran−Thi、ポルフィリンおよびポルフィラジンを用いたフ
タロシアニンの組立て:基底および励起状態光学特性(Assemblies
of phthalocyanines with porphyrins a
nd porphyrazines:ground and excited
state optical properties)、Coordinati
on Chemistry Reviews 160巻、53−91頁(199
7年)参照。
【0031】 語句「酸化」は、元素、化合物または化学的置換基/サブユニット中の1以上
の電子の喪失に該当する。酸化反応で、電子は反応に関与した元素(類)の原子
によって失われる。その後、これらの原子上の荷電は、いっそう陽性になるに違
いない。電子は、酸化を受けている種から失われ、そしてそれで電子は、酸化反
応での生成物として現れる。酸化は、電子が、酸化反応で「遊離」実体としての
電子の見掛けの生成にもかかわらず、酸化を受けるべき種Fe2+(液体)から失
われるので、反応Fe2+(液体)→Fe3+(液体)+e-で起っている。対照的
に、語句「還元」は、元素、化合物、または化学的置換基/サブユニットによる
1つまたはそれ以上の電子の獲得に該当する。
【0032】 「酸化状態」は、電気的に中性な状態、または元素、化合物、または化学的置
換基/サブユニットに対する電子の獲得または損失によって生じた状態に該当す
る。好ましい実施形態では、語句「酸化状態」は、電子の獲得および損失(還元
または酸化)によって引起こされる中性(neutral)状態および中性の状態以外
の任意の状態を含めた状態に該当する。
【0033】 語句「複数の酸化状態」は、1つ以上の酸化状態を意味する。好ましい実施形
態では、酸化状態は、電子の獲得(還元)または電子の損失(酸化)を反映しう
る。
【0034】 2つまたはそれ以上の酸化状態を指す場合、語句「識別可能で異なる」は、あ
るもの(原子、分子、凝集体、サブユニットなど)における総荷電は、2つの異
なる状態で存在できることを意味する。状態は、状態の間の差異が、室温で(例
えば0℃から約40℃まで)熱エネルギーより大きい場合に「識別可能」である
と言われる。
【0035】 語句「電極」は、記憶分子に、および/またはそれから荷電を輸送する能力が
ある任意の媒体(例えば電子)に該当する。好ましい電極は、金属または導体有
機分子である。電極は、実質的に任意の2次元または3次元形状(例えば、個別
の線、パッド、平面、球体、円筒形など)に製造されうる。
【0036】 語句「固定された電極」は、電極が、記憶媒体に関して基本的に安定で、そし
て不動性であるという事実を反映することが意図される。すなわち、電極および
記憶媒体は、互いに基本的に固定した立体配置関係に配列される。もちろん、そ
の関係は、熱負荷を用いた媒体の拡張および収縮により、または電極および/ま
たは記憶媒体を含む分子の配置における変化により、ある程度変化することが認
識される。それにもかかわらず、全ての空間的な配列は、基本的に変化しないま
まである。好ましい実施形態では、この語句は、電極が可動性「プローブ」(例
えば、書込みまたは記録「ヘッド」、原子力顕微鏡(AFM)チップ、走査トン
ネル顕微鏡(STM)チップなど)であるシステムを除外することが意図される
【0037】 語句「作用電極」は、記憶媒体および/または記憶分子の状態を設定または読
み取るために使用される1以上の電極に該当するとして使用される。
【0038】 語句「参照電極」は、作用電極から記録された測定値についての参照(例えば
、特定の参照電圧)を提供する1つまたはそれ以上の電極に該当するとして使用
される。好ましい実施形態では、本発明のメモリーデバイスでの参照電極は、あ
る種の実施形態では、これが問題でない必要があるが、同じ電位にある。
【0039】 記憶分子および/または記憶媒体および電極を指す場合、語句「電気的に結合
した」は、電子が、記憶媒体/分子から電極まで、または電極から記憶媒体/分
子まで移動し、それにより、記憶媒体/分子の酸化状態を変える記憶媒体または
分子と、電極との間の結合に該当する。電気的結合としては、記憶媒体/分子と
電極との間の直接的共有結合、間接的共有結合(例えば、リンカーを介して)、
記憶媒体/分子と電極との間の直接または間接的イオン結合(例えば、疎水性結
合)が挙げられうる。さらに、実際の結合で、要求されうるものはなく、そして
記憶媒体/分子は、電極表面と単に接触していてもよい。電極が、記憶媒体/分
子と電極との間に電子トンネルを可能にするために記憶媒体/分子に十分近い場
合、電極と記憶媒体/分子との間に必然的に、何らかの接触があることも必要で
ある。
【0040】 語句「酸化的還元活性単位」または「酸化的還元活性サブユニット」は、適切
な電圧をかけることによって酸化または還元される能力のある分子または分子の
構成要素に該当する。
【0041】 ここで使用される場合、語句「サブユニット」は、分子の酸化的還元活性構成
要素に該当する。
【0042】 語句「記憶分子」または「メモリー分子」は、情報の記憶のために使用されう
る1つまたはそれ以上の酸化状態を有する分子(例えば、1つまたはそれ以上の
酸化的還元活性サブユニットを含む分子)に該当する。好ましい記憶分子は、2
つまたはそれ以上の識別可能で異なる非中性酸化状態を示す。ここで式Iおよび
式IIのポリマーに加えて、広範多様な別の分子は、記憶分子として使用され得
て、したがって、さらに、記憶媒体を含む。好ましい分子としては、それに限定
されないが、ポルフィリン性マクロサイクル、メタロセン、線状ポリエン、環状
ポリエン、異種原子で置換された線状ポリエン、異種原子で置換された環状ポリ
エン、テトラチアフルバレン、テトラセレナフルバレン、金属配位錯体、バック
ミンスターフレーレン(例えば、「塊状ボール」)、トリアリールアミン、1,
4−フェニレンジアミン、キサンテン、フラビン、フェナジン、フェノジアジン
、アクリジン、キノリン、2,2’−ビピリジル、4,4’−ビピリジル、テト
ラチオテトラセン、ペリ架橋ナフタレンジカルコゲニドが挙げられる。さらにい
っそう好ましい分子としては、ポルフィリン、拡張ポルフィリン(expanded por
phyrin)、収縮ポルフィリン(contracted porphyrin)、フェロセン、線状ポル
フィリンポリマー、およびポルフィリン列が挙げられる。ある種の特に好ましい
記憶分子としては、β位置またはメソ位置で置換されたポルフィリン性マクロサ
イクルが挙げられる。記憶分子として使用するために十分に適した分子としては
、ここに記述される分子が挙げられる。
【0043】 語句「記憶媒体」は、本発明の記憶分子を含む、好ましくは基板に結合された
組成物に該当する。
【0044】 語句「電気化学的セル」は、最小限で、参照電極、作用電極、酸化的還元活性
媒体(例えば、記憶媒体)、および必要な場合、電極の間で、および/または電
極と媒体との間で電気伝導性を供するためのある種の手段(例えば、誘電性)か
ら構成される。ある種の実施形態では、誘電性のものは、記憶媒体の構成要素で
ある。
【0045】 語句「メモリー素子」、「メモリーセル」または「記憶セル」は、情報の記憶
のために使用されうる電気化学的セルに該当する。好ましい「記憶セル」は、少
なくとも1つそして好ましくは2つまでの電極(例えば、作用電極および参照電
極)によって利用される記憶媒体の個別の領域である。記憶セルは、個別に利用
されうる(例えば、特徴的な電極は、各メモリー素子に結合する)か、または特
に、異なるメモリー素子の酸化状態が、識別可能である場合には、複数のメモリ
ー素子が、単一の電極によって利用されうる。メモリー素子は、都合により、誘
電性のもの(例えば、カウンターイオンに浸漬された誘電体)を含みうる。
【0046】 語句「記憶位置」は、記憶媒体が配置される個別のドメインまたは領域に該当
する。1以上の電極で特定位置にアドレス指定されている場合、記憶位置は、記
憶セルを形成しうる。しかし、2つの記憶位置が、同じ記憶媒体を含み、その結
果、それらが基本的に同じ酸化状態を示し、そして両方の記憶位置が、共通して
特定位置にアドレス指定されている場合、それらは、1つの機能的記憶セルを形
成しうる。
【0047】 特定の素子を特定位置にアドレス指定することは、電極が、メモリー素子の酸
化状態(複数)を特に決定するために使用されうるように電極とそのメモリー素
子を結合させること(すなわち、電気的結合)に該当する。
【0048】 語句「記憶密度」は、記憶されうる容積当たりのビットおよび/または分子当
たりのビットの数に該当する。記憶媒体が、分子当たり1ビットより大きな記憶
密度を示すとされる場合、これは、記憶媒体が、好ましくは、単一分子が少なく
とも1ビットの情報を記憶することができる分子を含む事実に該当する。
【0049】 語句「読取り」、「検出」または「応答指令信号を送る」は、相互変換的に、
1つまたはそれ以上の分子(例えば、記憶媒体を含む分子)の酸化状態(複数の
)の測定に該当する。
【0050】 記憶分子に、または記憶媒体に関して使用される場合、語句「リフレッシュ」
は、その記憶分子または記憶媒体の酸化状態を予め決定した状態(例えば、記憶
分子または記憶媒体が、読取り直前にあった酸化状態)に再設定する記憶分子ま
たは記憶媒体への電圧の使用に該当する。
【0051】 語句「E1/2」は、B−B0+(RT/nF)ln(Dox/Dred)(式中、R
は、気体定数であり、Tは、K(ケルビン)での温度であり、nは、過程に関与
する電子の数であり、Fは、ファラデー定数(96,485クーロン/モル)で
あり、Doxは、酸化された種の拡散係数であり、そしてDredは、還元された種
の拡散係数である)によって定義されるとおりの酸化的還元過程の先の電位(B O )の実際定義に該当する。
【0052】 電源は、標的(例えば電極)に電圧をかける能力のある任意の源(例えば、分
子、装置、回路など)である。
【0053】 本発明のメモリーデバイスに関して使用される場合、語句は「単一の平面に存
在する」は、問題の構成要素(複数の)(例えば、記憶媒体、電極(複数の)な
ど)が、その装置にある同じ物理的平面に存在する(例えば、単一積層に存在す
る)という事実に該当する。同じ平面にある構成要素は、典型的には、単一操作
で、同時に組立てられうる。したがって、例えば、単一の平面での電極のすべて
は、単一の(例えば、スパッタリング)段階(それらが、全て同じ材料のもので
あると仮定しつつ)で典型的に使用されうる。
【0054】 語句「集積回路の出力」は、集積回路の1つまたはそれ以上の集積回路(複数
の)および/または1つまたはそれ以上の構成要素によって発生される電圧また
は信号に該当する。
【0055】 「電圧電流測定装置(voltammetric device)」は、電圧の使用または電圧にお
ける変化の結果として電気化学的セルに発生される電流を測定する能力のある装
置である。
【0056】 「電流測定装置」は、特定の電界電位(「電圧」)の使用の結果として電気化
学的セルに発生される電流を測定する能力のある装置である。
【0057】 電位測定装置は、電気化学的セル中の酸化的還元分子の平衡濃度における差異
から生じるインターフェースを越える電位を測定する能力のある装置である。
【0058】 「電量測定装置(coulometric device)」は、電気化学的セルへの電位電界(
「電圧」)の使用の間に発生される総電荷を測定する能力のある装置である。
【0059】 「正弦波電圧電流測定計」は、電気化学的セルの周波数ドメイン特性を測定す
る能力のある電圧測定装置である。
【0060】 語句「ポルフィリン性マクロサイクル」は、ポルフィリンまたはポルフィリン
誘導体に該当する。このような誘導体としては、ポルフィリン核に対して過剰環
オルト融合、オルト過融合を示すポルフィリン、別の元素の原子によりポルフィ
リン環の1つまたはそれ以上の炭素原子の置換(骨格置換)を示すポルフィリン
、別の元素の原子によりポルフィリン環の窒素原子の置換(窒素の骨格置換)を
示す誘導体、ポルフィリンの周囲(メソ、β)またはコア原子に配置される水素
以外の置換基を有する誘導体、ポルフィリンの1つまたはそれ以上の結合の飽和
を示す誘導体(ヒドロポルフィリン、例えばクロリン、バクテリオクロリン、イ
ソバクテリオクロリン、デカヒドロポルフィリン、コルフィン、ピロコルフィン
など)、1つまたはそれ以上のポルフィリン原子への1つまたはそれ以上の金属
の配位によって得られる誘導体(メタロポルフィリン)、ポルフィリン環に挿入
されたピロリンおよびピロメチニル単位を含めた1つまたはそれ以上の原子を有
する誘導体(拡張ポルフィリン)、ポルフィリン環から除かれる1つまたはそれ
以上の基を有する誘導体(収縮ポルフィリン、例えばコリン、コロール)および
前述の誘導体の組合せ(例えばフタロシアニン、ポルフィラジン、ナフタロシア
ニン、サブフタロシアニン、およびポルフィリン異性体)が挙げられる。好まし
いポルフィリン性マクロサイクルは、少なくとも1つの5員環を含む。
【0061】 語句ポルフィリンは、4つの窒素原子および種々の原子が容易に置換されうる
2つの置換可能な水素と一緒に4つのピロール環から構成される環状構造に該当
する。典型的なポルフィリンは、ヘミンである。
【0062】 語句「マルチポルフィリン・アレイ」は、個別の数の2またはそれ以上の共有
結合で連結したポルフィリン性マクロサイクルに該当する。マルチポルフィリン
・アレイは、線状、環状、または分岐鎖でありうる。
【0063】 リンカーは、2つの異なる分子、分子の2つのサブユニット、または分子を基
板に結合するために使用される分子である。全てが、共有結合で連結されている
場合、それらは、単一分子の単位を形成する。
【0064】 基板は、好ましくは固形であるが、1つまたはそれ以上の分子の付着のために
適した材料である。基板は、それに限定されないが、ガラス、プラスチック、シ
リコン、鉱物(例えば水晶)、半導体材料、セラミックス、金属などを含めた材
料から形成されうる。
【0065】 語句「アリール」は、その分子が、ベンゼン、ナフタレン、フェナントレン、
アントラセンなど(すなわち、ベンゼンの6炭素環または他の芳香族誘導体の縮
合6炭素環のいずれか)の環構造特徴を示す化合物に該当する。例えば、アリー
ル基は、フェニル(C65)またはナフチル(C107)でありうる。置換基と
して作用しながらアリールが、それ自身、別の置換基(例えば、ここにある種々
の式でのSnについて規定される置換基)を有することが認識される。
【0066】 語句「アルキル」は、式から1つの水素を落とすことによって、アルカンから
誘導されるパラフィン性炭化水素基に該当する。例は、メチル(CH3−)、エ
チル(C25−)、プロピル(CH3CH2CH2−)、イソプロピル((CH3 2 CH2−)である。
【0067】 語句「ハロゲン」は、周期律表のVIIAの群の電子陰性元素(フッ素、塩素
、臭素、ヨウ素、アスタチン)の内の1つである。
【0068】 語句「ニトロ」は、−NO2基に該当する。
【0069】 語句「アミノ」は、−NH2基に該当する。
【0070】 語句「ペルフルオロアルキル」は、各水素原子が、フッ素原子に置換されるア
ルキル基に該当する。
【0071】 語句「ペルフルオロアリール」は、各水素原子が、フッ素原子に置換されるア
リール基に該当する。
【0072】 語句「ピリジル」は、1つのCR単位が、窒素原子に置換されるアリール基に
該当する。
【0073】 語句「シアノ」は、−CN基に該当する。
【0074】 語句「チオシアナート」は、−SCN基に該当する。
【0075】 語句「スルホキシル」は、組成RS(O)−(式中、Rは、ある種のアルキル
、アリール、シクロアルキル、ペルフルオロアルキル、またはペルフルオロアリ
ール基である)の基に該当する。例は、それに限定されないが、メチルスルホキ
シル、フェニルスルホキシルなどが挙げられる。
【0076】 語句「スルホニル」は、組成RSO2−(式中、Rは、ある種のアルキル、ア
リール、シクロアルキル、ペルフルオロアルキル、またはペルフルオロアリール
基である)の基に該当する。例は、それに限定されないが、メチルスルホニル、
フェニルスルホニル、p−トルエンスルホニルなどが挙げられる。
【0077】 語句「カルバモイル」は、組成R1(R2)NC(O)−(式中、R1およびR2 は、Hであるか、またはある種のアルキル、アリール、シクロアルキル、ペルフ
ルオロアルキル、またはペルフルオロアリール基である)の基に該当する。例は
、それに限定されないが、N−エチルカルバモイル、N,N−ジエチルカルバモ
イルなどが挙げられる。
【0078】 語句「アミド」は、組成R1CON(R2)−(式中、R1およびR2は、Hであ
るか、またはある種のアルキル、アリール、シクロアルキル、ペルフルオロアル
キル、またはペルフルオロアリール基である)の基に該当する。例は、それに限
定されないが、アセトアミド、N−エチルベンズアミドなどが挙げられる。
【0079】 語句「アシル」は、カルボニル基の−OHが、ある種の他の置換基(RCO−
)に置換される有機酸基に該当する。例は、それに限定されないが、アセチル、
ベンゾイルなどが挙げられる。
【0080】 好ましい実施形態では、金属が、「M」または「Mn」(式中nは、整数であ
る)で示される場合、金属は、カウンターイオンと結合しうると認識される。
【0081】 ここで、式で使用される場合、好ましい実施形態では、SまたはSn(式中n
は、整数である)で示される場合、語句「置換基」は、目的の化合物の酸化的還
元電位(複数の)を調節するために使用されうる酸化的還元活性基に該当する。
好ましい置換基としては、それに限定されないが、アリール、フェニル、シクロ
アルキル、アルキル、ハロゲン、アルコキシ、アルキルチオ、ペルフルオロアル
キル、ペルフルオロアリール、ピリジル、シアノ、チオシアナート、ニトロ、ア
ミノ、アルキルアミノ、アシル、スルホキシル、スルホニル、アミド、およびカ
ルバモイルが挙げられる。好ましい実施形態では、置換アリール基は、ポルフォ
リンまたはポルフィリン性マクロサイクルに付着され、そしてアリール基上の置
換基は、アリール、フェニル、シクロアルキル、アルキル、ハロゲン、アルコキ
シ、アルキルチオ、ペルフルオロアルキル、ペルフルオロアリール、ピリジル、
シアノ、チオシアナート、ニトロ、アミノ、アルキルアミノ、アシル、スルホキ
シル、スルホニル、アミド、およびカルバモイルから成る群から選択される。別
の置換基としては、それに限定されないが、4−クロロフェニル、4−トリフル
オロメチルフェニル、および4−メトキシフェニルが挙げられる。好ましい置換
基は、約5ボルト未満、好ましくは約2ボルト未満、さらに好ましくは約1ボル
ト未満の酸化的還元電位範囲を提供する。
【0082】 語句「約Xボルト未満の酸化的還元電位範囲を提供する」は、そのような酸化
的還元電位範囲を提供する置換基が、化合物に組込まれる場合、それが組込まれ
た化合物が、Xボルト(Xは、数値である)未満またはそれに等しい酸化的還元
電位を示すという事実に該当する。
【0083】 本発明の1つの実施形態は、図1に示される。基本的メモリーデバイスである
「記憶セル」100は、複数の記憶分子105を含む記憶媒体102に電気的に
結合された作用電極101を含む。記憶セルは、都合により、電解質107およ
び参照電極103を含む。記憶媒体は、複数の異なる、識別可能な酸化状態、好
ましくは複数の異なる、識別可能な非中性酸化状態を示し、そして電圧または信
号がかけられ、それにより1つまたはそれ以上の電子を付加しまたは引き抜く場
合に酸化(荷電)状態を変化させうる。各酸化状態は、記憶情報を表すために使
用されうる。
【0084】 記憶媒体は、別の電圧がかけられて、その酸化状態を変化させるまで設けられ
た酸化状態のままであってよく、リフレッシュされうるか、または情報内容は、
時間をかけて分散させられうる。記憶媒体の酸化状態は、広範多様な電子的(例
えば、電流測定、電気量測定、電圧電流測定)法を用いて十分に測定され、それ
により、迅速な読み出しを提供しうる。
【0085】 記憶媒体は、単一の酸化状態を示す分子および/または複数の異なる、識別可
能な非中性酸化状態を示す分子を含む。したがって、例えば、1つの実施形態で
は、記憶媒体は、各々が非中性酸化状態を示し、それにより3ビット、または酸
化状態が、独立にアクセスされる場合には1バイトを記憶する記憶分子の8つの
異なる種を含みうる。別の実施形態では、記憶媒体は、8つの識別可能で異なる
酸化状態を示す1つの種の分子を含み得て、そして同様にその方法で3ビットま
たは1バイトを記憶しうる。ここに説明されるとおり、異なる数の酸化状態を示
す多量の異なる分子は、記憶媒体のために使用されうる。
【0086】 分子寸法は、非常に小さく(オングストロームの桁で)、そして本発明の装置
中の個々の分子は、複数ビットを記憶でき、したがって、本発明の記憶デバイス
は、際立って高い記憶密度を供する(例えば、>1015ビット/cm3)。
【0087】 さらに、先行文献と異なり、本発明のデバイスは、ある程度の自己組立(self
-assembly)能力があり、したがって、容易に組立てられる。デバイスが、(光
学的によりむしろ)電気的にアドレスされるので、そして装置が、比較的簡単に
、そして非常に安定な記憶素子を利用するので、それらは、現存の技術を利用し
て容易に組立てられ、そして電子デバイスに容易に組込まれる。したがって、本
発明の分子メモリーデバイスは、多くの非常に望ましい特性を示す。
【0088】 ここに記述されるデバイスの記憶媒体が、電気的にアドレスされるので、デバ
イスは、多層チップ・アーキテクチャーの構築に影響を受けやすい。このような
三次元構造とのアーキテクチャー適合性は、10ビット/cm3の目標物を達成
するために必須である。さらに、書込みおよび読取りは、電気的に達成されるの
で、光通信学に内在する基本的問題の多くは、回避される。さらに、電気的読取
りおよび書込みは、メモリー記憶についての現存のコンピュータ技術に適合性が
ある。
【0089】 さらに、本発明のデバイスは、高レベルの欠陥寛容性を達成する。欠陥寛容性
は、分子のクラスター(メモリーセル中で数百万まで)の使用を通して達成され
る。したがって、1つまたは数個の分子の不全は、メモリーの特定のビットを構
成する所定のメモリーセルへの読取りまたは書込み能力を変えない。好ましい実
施形態では、メモリー記憶についての根拠は、規定エネルギーレベルのポルフィ
リンまたは他のポルフィリン性マクロサイクルの酸化状態(複数の)に依る。ポ
ルフィリンおよびポルフィリン性マクロサイクルは、安定なラジカル陽イオンを
形成することが十分に知られている。実際に、ポルフィリンの酸化および還元は
、光合成および呼吸の生物学的過程についての基礎を提供する。ポルフィリンの
ラジカル陽イオンは、空気にさらされたベンチトップで化学的に形成されうる。
ポルフィリン性リガンドから構成される二重およびトリプルデッカーサンドイッ
チ分子は、基本的に同じ現象を示す。
【0090】 本発明の分子の好ましい記憶分子は、複数のビットに対応する多重のホールを
保持しうる。対照的に、染料(フォトクロミック、エレクトロクロミック、酸化
的還元)および分子機械は、常に双安定性要素である。双安定性要素は、高/低
状態でのいずれかで存在し、今後、単一ビットのみを記憶しうる。
【0091】 読取りは、様々のチップ使用で要求されるとおり、非破壊的に、または破壊的
に達成されうる。読取りの速度は、MHzからGHz範囲にあると包括的に概算
される。ポルフィリンまたは他のポルフィリン性マクロサイクルの酸化は、比較
的低い電位で(そして合成設計を通して予め指定された電位で)達成され、そし
て非常に低い電力で達成されるべきメモリー記憶を可能にしうる。ポルフィリン
およびポルフィリンラジカル陽イオンは、広範な範囲の温度にかけて安定であり
、そして低温で、室温で、または上昇温度でのチップ使用を可能にする。ポルフ
ィリン性リガンドから構成されるダブルデッカーおよびトリプルデッカーサンド
イッチ分子は、基本的に同じ現象を示す。
【0092】 本発明のデバイスの組立ては、公知技術による。記憶媒体の合成は、ポルフィ
リンおよび他のポルフィリンマクロサイクル化学分野で樹立された組立てブロッ
クアプローチを利用する。合成経路は、共役ナノ構造でそれらを結合するために
、そしてそれらを高いレベルに(>99%)精製するために、ポルフィリンおよ
びポルフィリン性マクロサイクル組立てブロックを作製するために開発された。
【0093】 好ましい実施形態では、記憶媒体ナノ構造は、金の表面で自己組立(self-ass
embly)を行うように設計される。このような自己組立過程は、エラー強さがあ
り、欠陥分子の淘汰を生じ、そして表面組立クラスターで長期の動向(オーダー
)を生じる。
【0094】 ポルフィリンチオールは、電子活性な表面に組立てられた。メモリーのアドレ
ス可能なビットを定義するアレイは、従来の微小作製技術を通して達成されうる
。記憶分子は、これらの電極アレイに自己組立され、そして従来の浸漬法を用い
て金表面に付着される。
【0095】 [I.記憶デバイスの使用法] 当業者は、本発明のメモリーデバイスが、特化および一般的目的のコンピュー
タシステムで広範な利用性を示すことを識別する。もちろん、デバイスの商業的
認識は、この技術に適合性のあるコンピュータ・アーキテクチャー水準の採用に
よって促進される。さらに、この技術の商業的採用は、オン−チップバッファー
およびデコーダー(すなわち、分子論理的ゲート)および同等物として役割を果
す他の分子の電子構成要素の使用によって促進される。さらに、商業化は、完全
な製造基盤の開発によって促進される。
【0096】 とにかく、分子の電子情報記憶および移動のための完全に集積されたデザイン
および製造プラットフォームの開発の前に、ここに記述される初期世代プロトタ
イプ分子メモリーデバイスでさえ、多様な個人用または企業用アプリケーション
で利用性を示す。例えば、プロトタイプ1024/512ビット分子メモリーデ
バイスは、個人的および/または他の管理情報の実質的なベースを保持するため
に十分な容量を示す。この情報は、極端に小さなサイズのデバイスを持つために
実質的に検出されていない世界のいずれの場所にも輸送されうる。検出される場
合、メモリーデバイスは、低電位逆バイアス電流を全てのメモリーセル中にかけ
ることによって、容易に、単純に消去される。この保護機構は、メモリーデバイ
スについて設計されるいずれかの型の輸送アーキテクチャーに容易に組込まれう
る。
【0097】 他のものの中でも、本発明のメモリーデバイスは、広範な分類の個人的デジタ
ル補助または「スマートカード」で使用されうる情報を支持するために十分な容
量を示す。多重読取周期を分解するメモリーデバイスは、読取り周期の数が非常
に限定される(おそらくただ1回)場合に極度に有用である。多重読取周期で、
または単に時間で分解するメモリーデバイスも、長期のデータ持続性が必要とさ
れないアプリケーションでは有用である。したがって、初期世代メモリーデバイ
スについての膨大なアプリケーションが、それら自身存在する。これらのアプリ
ケーションでのメモリーデバイスの成功は、その技術のさらにいっそう迅速な全
規模の商業化を助長する。
【0098】 [II.記憶デバイスのアーキテクチャー] 本発明の基本的記憶セル((複数の)電極および記憶媒体)は、広範多様な立
体配置で機能性のあるデバイスに組込まれうる。本発明の1つのチップ基本の実
施形態は、図2に示される。図2に示されるとおり、記憶媒体102は、多数の
記憶位置104に配置される。各記憶位置は、作用電極101および参照電極1
03によってアドレス指定され、その結果、電極と合わせた記憶媒体102は、
各記憶位置で、記憶セル100を形成する。
【0099】 1つの特に好ましいチップ基本の実施形態は、図3に示される。例示された実
施形態では、複数の作用電極101および参照電極103は、各々が個別の記憶
位置に配置された記憶媒体102をアドレス指定し、それにより複数の記憶セル
100を形成しながら示される。複数記憶セルは、記憶セルの酸化状態が互いに
識別可能である限り、単一アドレス指定電極に結合されうる。これが、記憶セル
の機能定義を形成することに注目すべきである。記憶媒体の2つの個別の領域は
、記憶媒体が、同じ種の記憶分子を含む場合に同じ(複数の)電極によってアド
レス指定される場合、2つの個別の領域は、単一記憶セルとして機能的に作用し
、すなわち、両方の位置の酸化状態は、共通に、設定および/または読取り、お
よび/またはリセットである。しかし、付加された記憶位置は、機能記憶セルが
、より多くの記憶分子を含む場合に、記憶セルの偽の寛容性を増加させる。別の
実施形態では、各個別の記憶セルは、単一アドレス指定電極に結合される。
【0100】 好ましい実施形態では、メモリーデバイスの記憶セルを含む記憶媒体は、1つ
またはそれ以上の参照電極に電気的に結合される。参照電極(複数の)は、個別
の電極として、または共通バックプレーンとして供給されうる。
【0101】 図3で示されるチップは、2つのレベルの作用電極を有し、今後2つのレベル
の記憶セル100(各レベルで膨大な記憶セルと共に)を有する。もちろん、チ
ップは、単一レベルの電極およびメモリー素子または事実上数百または数千の異
なるレベルの記憶セル(複数の)で組立てられ得て、そしてそのチップの厚みは
、実際のパッケージングおよび信頼性拘束によって基本的に制限される。
【0102】 特に好ましい実施形態では、作用電極および参照電極(複数の)の間の電気的
接続性、およびかけられた電位(ラッチング)不在下での陽イオン性種の安定性
を確保するために、カウンターイオンとともに埋設される誘電材料の層は、記憶
セルに配置される。ある種の実施形態では、誘電材料は、記憶媒体それ自身に組
込まれうる。
【0103】 ある種の好ましい実施形態で、特徴的なサイズは、むしろ大きく(例えば、メ
モリー素子およそ(10×10×10μm))、そして電極厚〜200nmであ
る一方で、特徴的サイズは、随意に減少され、その結果、特徴的サイズは、従来
のシリコン基材のデバイスでのものに匹敵する(例えば、各軸で50nm−10
0nm)。
【0104】 好ましい実施形態では、記憶デバイスとしては、(1)非導体ベースに配置さ
れ、そしてラインエッチングされて、nmの10から100の電極幅を達成され
た金作用電極(例えば、200nm厚み)、(2)p−チオフェニル基の硫黄原
子を介して金表面に付着された自己組立ナノ構造(記憶分子105)の単層、(
3)参照電極に対する電気的接続性、およびかけられた電位(ラッチング)不在
下での陽イオン性種の安定性を確保するために、カウンターイオンで埋設された
誘電材料107の100nm厚の層、(4)作用電極101のものと同じ形態で
ラインエッチングされるが、後者電極に直交のラインで組立てられる200nm
厚の非分極性参照電極103、(5)同じ参照電極を利用する鏡像画像構築物が
挙げられる。したがって、1つの実施形態では、チップ上の単一メモリー記憶位
置(メモリー素子)の三次元アーキテクチャーは、図4で示されるとおり見える
【0105】 電極についてここで検討されるのは、金電極に関してであるので、膨大な他の
材料は安定性があることが認識される。したがって、電極材料としては、それに
限定されないが、金、銀、銅、他の金属、合金、有機導体(例えば、ドープ・ポ
リアセチレン、ドープ・ポリチオフェンなど)、ナノ構造、結晶などが挙げられ
る。
【0106】 同様に、本発明のデバイスの作製に使用される基板としては、それに限定され
ないが、ガラス、シリコン、鉱物(例えば、水晶)、プラスチック、セラミック
ス、膜、ゲル、エアロゲル、および同等物が挙げられる。
【0107】 [III.記憶デバイスの作製およびキャラクタライゼーション] [A.作製] 本発明のメモリーデバイスは、当業者によく知られる標準法を用いて作製され
うる。好ましい実施形態では、電極層(複数の)が、標準のよく知られた方法(
例えば、Rai−Choudhury(1997年)、マイクロリソグラフィー
、ミクロ機械加工、およびマイクロファブリケーションのハンドブック(The
Handbook of Microlithography,Microm
achining、and Microfabrication)、SPIEオ
プチカル・エンジニアリング・プレス;BardおよびFaulkner(19
97年)マイクロファブリケーションの基礎(Fundamentals of
Microfabrication)参照)によって適切な基板(例えば、シ
リカ、ガラス、プラスチック、セラミック等)に塗布される。さらに、シリコン
または硼珪素ガラスチップでのミクロ機械加工技術の使用の例は、米国特許番号
第5,194,133号、第5,132,012号、第4,908,112号お
よび第4,891,120号に見られうる。
【0108】 1つの好ましい実施形態では、金属層は、基板上にビームスプリッターリング
される(例えば、10nm厚のクロム接着層が、スパッタリングされ、続いて2
00nm厚の金の層がスパッタリングされる)。その後、マスクなしのレーザー
融蝕リソグラフィー(下記参照、例えばミクロン寸法で特徴を作り出すために、
Nd:YAGレーザーを使用して行われるか、またはナノメートル寸法の特徴を
作り出すために、エキシマーレーザーを使用して行われる)は、数ミクロンから
数十ナノメートルまでの範囲にある寸法を示す作用電極として使用される導体(
例えば、金)の平行線のアレイを作り出す。
【0109】 いったん、電極アレイが形成されると、全アレイまたはそのアレイの部分、ま
たは個々の電極を、適切に誘導された記憶媒体(例えば、チオール置換ポルフィ
リン・ナノ構造)の1つまたはそれ以上の溶液で湿らせ(例えば、浸漬またはス
ポット付けさせ)、そしてメモリー媒体の構成要素(例えば、単量体ポルフィリ
ンサブユニット)は、ミクロサイズの金アレイに自己組立して、メモリー素子を
形成する。様々な溶液が、様々な記憶媒体を含む記憶セルを生成するために電極
アレイの様々の領域で使用できることが認識される。1cm2当たり数万までの
異なる種/スポットの密度で、様々の試薬を表面(例えば、ガラスの表面)にス
ポット付けする方法が、知られている(例えば、米国特許番号第5,807,5
22号参照)。
【0110】 その後、およそ1nmから1000nmまで、好ましくは約100nmから約
500nmまで、さらに好ましくは約10nmから約100nm、そして最も好
ましくは約100ナノメートル厚の適切な電解質層(例えば、Nafion(登
録商標)ポリマーの薄層)は、チップの全表面に流し込まれる。このポリマーは
、電気化学的反応のための電解質を支持するために役立つ。最終的に、全チップ
は、参照電極103として作用する層(例えば、10nmから約1000nm、
さらに好ましくは100nmから約300nm、そして最も好ましくは約200
nmの導体材料(例えば銀))で被覆される。
【0111】 その後、チップを、90度回転させ、そしてマスク無しのレーザー融蝕リソグ
ラフィーが、元の組に垂直である平行線の第二アレイを作り出すために再度行わ
れる。これは、各素子が、これらの2つの垂直な線型アレイの交点によって形成
される個々のメモリー素子の三次元アレイを形成する(図4参照)。
【0112】 各個別の素子は、Nafion(登録商標)ポリマー/電解質層によって分離
された1つの金作用電極および1つの参照電極に対応して、適切なXおよびY論
理要素を選択することによってアドレス指定されうる。この構造が、固有に3次
元であるので、そのアレイをZ方向に伸ばし、それが、接続するのに適している
限り、メモリー素子の3次元アレイを作製することが可能であるべきである。
【0113】 この構造は、最初に、ミクロン規模で作製される。これらの構造を微小ミクロ
ン寸法まで減少させることが可能である。従来のナノリトグラフィー技術(すな
わち、100〜200nm)で作製されるシリコン微小構造に類似の規模でこれ
らの構造を作製することはが可能である。これは、従来のシリコン基材の半導体
電子工学でのメモリー素子の干渉を可能にする。
【0114】 上で検討されたレーザー融蝕リソグラフィーで、干渉光が、ビームスプリッタ
ー(50%伝送)を通して送られ、そして鏡によって反射されて、2つのほぼ平
行な同一ビームを作る(Rosenwaldら(1998年)Anal.Che
m.、70巻:1133〜1140頁)。これらのビームは、例えば共通点に焦
点を当てる上での容易さのために50cm焦点長のレンズを通して送られる。ビ
ームの交換は、レーザスポットの態様構造の完全な重複を可能にするために微調
整される。高い桁の干渉パターンが、高品質光学の使用を通して最小限にされる
(1/10波面平面性)。これは、最初の桁での最大強度と最少強度との間の変
動が、第二およびそれ以上の桁で形成されるものより大きな数桁の規模であるこ
とを保証する。これは、陽性干渉の点の間の空間(D)が、ブラッグ方程式nλ
=2Dsin(θ/2)(式中、λ=波長、θ=ビームの間の角度、およびnは
、桁数である)によって近づけられる電極表面にかけてのラインの十分に定義さ
れたパターンを生じる。例えば、Nd−YAGが、1064nmで使用される場
合、この手段での2つのビームの組合せは、2つのビームの間の角度が15°で
ある場合に〜2ミクロン空間を示す干渉パターンを発生する。干渉パターン空間
は、ビームの間の角度を改質するために容易に変化されうる。ビームを弱めるこ
とは、ビームスプリッターの前に1つまたはそれ以上の中性密度のフィルターを
挿入することによって達成される。この方法で、金層のNd−YAG干渉パター
ンへの露出は、様々のビーム弱化で行われて、1と100MW/cm2の間の電
力密度を生じる。
【0115】 [B.電極に記憶媒体を電気的に結合すること] 本発明の記憶デバイスでは、記憶媒体は、1つまたはそれ以上の電極に電気的
に結合される。語句「電気的結合」は、記憶媒体が、電極に対して電子を獲得ま
たは損失させる結合略図を示すために使用される。結合は、電極への記憶媒体の
直接的付着、または間接的付着(例えば、リンカーを介して)でありうる。付着
は、共有結合、イオン結合、水素結合によって起動される結合でありうるか、ま
たは実際の化学的付着でなく、単に記憶媒体への電極の並列状態に関与しうる。
ある種の実施形態では、電極は、記憶媒体からのある種の距離(例えば、約5Å
から約50Åまで)であり得て、そして電気的結合は、電子トンネルを介しうる
【0116】 ある種の好ましい実施形態では、「リンカー」は、電極への記憶媒体の分子を
付着させるために使用される。リンカーは、電気的に導体であるか、または電子
が、電極と記憶媒体の分子の間を直接的に、または間接的に通過できるように十
分短い。
【0117】 種々の表面に広範多様な化合物を連結する方法は、よく知られており、そして
文献により十分に示される。記憶媒体を含む分子を結合する手段は、当業者に認
識される。表面への記憶媒体の連結は、共有であるか、またはイオン性または他
の非共有相互作用でありうる。表面および/または分子は、都合のよい連結基(
例えば、チオール、ヒドロキシ、アミノなど)を提供するために特に誘導されう
る。
【0118】 リンカーは、記憶媒体分子(類)の成分として、または別々に供されうる。連
結されるべき分子に結合されない場合、リンカーは、しばしば、各々が、個々の
結合相手(すなわち、表面または記憶媒体分子)で共有結合を形成しうる2つま
たはそれ以上の反応性部位を含むヘテロまたはホモ双機能性分子のいずれかであ
る。記憶分子の成分として供給されるか、または基板表面に付着される場合、リ
ンカーは、好ましくは、個々の表面または分子に結合するために適切な1つまた
はそれ以上の反応性部位を有するスペーサーである。
【0119】 分子を結合するためのリンカーは、当業者によく知られており、そしてそれに
限定されないが、種々の直鎖または分岐鎖炭素リンカー、複素環リンカー、アミ
ノ酸またはペプチドリンカー、および同等物のいずれかが挙げられる。特に好ま
しいリンカーは、下記に詳細に記述される。
【0120】 [C.メモリーセルをアドレス指定する] 本発明のデバイスでの記憶セル(複数の)のアドレス指定は、比較的簡単であ
る。簡単なアプローチでは、電極の個別の対(一方は作用電極で、そして一方は
参照電極)は、各記憶セルに接続されうる。しかしながら、個々の参照電極は、
必要とされず、そして特定のデバイス中の記憶要素の全てまたは全ての部分集合
に接続された1つまたはそれ以上の共通の参照電極に交換されうる。代わりに、
共通の参照電極は、各々特定のデバイス中の記憶セルの全てまたは部分集合に連
絡がある1つまたはそれ以上の導体「バックプレーン(backplanes)」に交換さ
れうる。
【0121】 記憶セルが、同一の記憶媒体を含む場合、各記憶セルは、好ましくは、別個の
作用電極でアドレス指定され、その結果、記憶セルの記憶(酸化)状態は、互い
に識別されうる。記憶セルが、1つの記憶セルの酸化状態が別の記憶セルの酸化
状態と異なり、そして識別可能であるように様々の記憶媒体を含む場合、記憶セ
ルは、好ましくは、共通の作用電極によってアドレス指定され、それによりデバ
イス中の電極の数を減少させる。
【0122】 1つの好ましい実施形態では、本発明の記憶デバイスは、2ビットワードを保
持する能力のある各位置を有する層(鏡像アーキテクチャーで64、128、2
56、512、1024またはそれ以上の位置)当たり64、128、256、
512、1024またはそれ以上の記憶位置を含む。したがって、好ましい10
24ビットまたは好ましい512ビットのチップは、図4に示される3次元アー
キテクチャーでの3つの電極格子の各々に8個の導線内部接点を含む。
【0123】 [D.メモリーデバイスのキャラクタライゼーション] 本発明のメモリーデバイスの性能(例えば、操作特徴)は、広範な方法のいず
れかによって、最も好ましくは電気化学的方法(電流測定法および正弦波電圧測
定法、例えば、Howellら(1986年)Electroanal.Che
m.、209巻;77−90頁;SinghalおよびKuhr.(1997年
)Anal.Chem.、69巻;1662−1668頁参照)、光学分光測定
法(Schickら(1989年)J.Am.Chem.Soc.111巻:1
344−1350頁)、原子力顕微鏡、電子顕微鏡および画像分光測定法によっ
て特徴づけられる。表面強化共鳴およびラマン分光顕微鏡も、電極上の記憶媒体
を試験するために使用されうる。
【0124】 他のパラメーターの中でも、メモリーデバイス(例えば、メモリーセル)の特
徴付けは、欠陥寛容性操作(defect-tolerant operation)のために要求される
記憶媒体分子(例えば、二重およびトリプルデッカーポルフィリンアレイ)の数
を測定することに関与する。欠陥寛容性は、所望のデジットを書き込むために要
求される数のホールを信頼して被覆させること、および数/移動速度を正確に検
出することのような因子を含む。
【0125】 デバイスパッケージの固相媒体での電荷組合せに対する電子/ホールの長期耐
性も測定される。このパラメーターを用いて、デバイスアーキテクチャーは、市
販の製造のために最適化されうる。
【0126】 [IV.記憶媒体のアーキテクチャー] 本発明のデバイスで使用される記憶媒体は、1つまたはそれ以上の種の記憶分
子を含む。好ましい記憶媒体は、複数の酸化状態を示すことによって特徴付けら
れる。それらの酸化状態は、1つまたはそれ以上の酸化的還元活性単位によって
供される。酸化的還元活性単位は、適切な電圧の使用によって設定されうる1つ
またはそれ以上の個別の酸化状態を示す分子または分子の部分集合に該当する。
したがって、例えば、1つの実施形態では、記憶媒体は、その分子が、2つまた
はそれ以上の(例えば4)異なっており、識別可能な酸化状態を示す1つの種の
酸化的還元活性分子を含みうる。各種の記憶分子が、単一、非中性、酸化状態を
示す場合、記憶媒体は、各分子が、異なっており、識別可能な酸化状態を示すよ
うな複数の分子を有すること(例えば、各種の分子は、異なっており、識別可能
な電位で酸化する)によって、複数ビットの記憶を達成する。もちろん、各種の
分子は、好ましくは、複数の異なっており、識別可能な酸化状態を示す。
【0127】 上に示されるとおり、記憶媒体は、個々の、例えば空間的に分離された記憶位
置に分解されうる。各記憶要素は、チップおよび/またはシステム中で他の記憶
要素と同じであるか、または異なっている記憶媒体を有しうる。記憶要素が、同
一組成のものである場合、好ましい実施形態では、それらは、別々にアドレス指
定され、その結果、1つの要素における情報は、別の要素における情報と識別さ
れうる。記憶要素が、異なった組成のものである場合、それらは、共通にアドレ
ス指定される(共通にアドレス指定された記憶要素の酸化状態が識別できる場合
)か、またはそれらは、個々にアドレス指定されうる。
【0128】 ある種の好ましい実施形態では、記憶媒体は、参照電圧に対する電気的接続性
を確保するために誘電媒体に並列に配置される(例えば、参照電極、参照バック
プレーンなど)。特に好ましい実施形態では、誘電材料の層は、参照電極に対す
る電気的接続性および参照作用電極(複数)の間に配置される負荷電位(ラッチ
ング)の不在下での陽イオン種の安定性を確保するためにカウンターイオンで埋
設される。
【0129】 本発明のデバイスに適する誘電材料は、当業者によく知られている。このよう
な材料としては、それに限定されないが、Nafion(登録商標)、酢酸セル
ロース、ポリスチレンスルホネート、ポリ(ビニルピリジン)、ポリピロールお
よびポリアニリンなどのような電子工学的に導体のポリマーが挙げられる。
【0130】 ここに同定されるサンドイッチ型配位化合物は、分子基材のメモリー記憶に理
想的に適合する。これらの化合物は、特徴的な電子活性特性、利用可能なモジュ
ラー合成化学を示し、そしてチオール、および他のリンカーと共同して、電子活
性表面で管理された自己組立てを受ける。
【0131】 [A.サンドイッチ型配位化合物] 過去20年かけて、ポルフィリン・マクロサイクルおよび金属から構成される
多様なダブルデッカーおよびトリプルデッカーサンドイッチ化合物が作製された
((J.Jiangら、Inorg.Chim.Acta 1997年、255
巻、59−64頁;D.Ngら、Chem.Soc.Rev.1997年、26
巻、433−442頁;D.Chabachら、Angew.Chem.Int
.Ed.Engl.1996年、35巻、898〜899頁))。金属は、一般
に、ランタニド列およびYから構成され、下に検討される他のものと同様に、そ
れは、ランタニドのものと類似の特性を示す。実際に、ポルフィリンサンドイッ
チ錯体に組込まれていない唯一のランタニドが、放射線活性要素Pmである。種
々のダブルデッカーアーキテクチャーの例は、図5に示される。アーキテクチャ
ーとしては、ビス−フタロシアニン・サンドイッチ分子((Pc)M(Pc))
、ビス−ポルフィリン・サンドイッチ分子((Por)M(Por))、および
ハイブリッド・フタロシアニン−ポルフィリン・サンドイッチ分子((Pc)M
(Por))が挙げられる。各ポルフィリン・マクロサイクルが、末梢のβ−ま
たはメソ−炭素原子に置換基を担持しうることが理解される(示されず)。ビス
−ポルフィリン・サンドイッチ分子では、2つのマクロサイクルは、同一(ホモ
レプティックの)または異なる(ヘテロレプティックの)でありうる。
【0132】 種々のトリプルデッカーアーキテクチャーの例は、図6に示される。アーキテ
クチャーとしては、全フタロシアニン・サンドイッチ分子((Pc)M(Pc)
M(Pc))、全ポルフィリン・サンドイッチ分子((Por)M(Por)M
(Por))、2つのポルフィリンと1つのフタロシアニン((Por)M(P
c)M(Por)、(Pc)M(Por)M(Por))の2つの立体配置、お
よび1つのポルフィリンと2つのフタロシアニン((Pc)M(Por)M(P
c)、(Pc)M(Pc)M(Por))の2つの立体配置が挙げられる。各ポ
ルフィリン性マクロサイクルは、末梢の炭素原子で置換基を担持しうることが理
解される(示されず)。トリプルデッカーでの2つの金属は、同一であるか、ま
たは異なっている可能性があることが理解される(示されず)。異種核のヘテロ
レプティックの、またはホモレプティックの錯体も製造されうる(異種核は、ト
リプルデッカー配位化合物での異なる金属の使用に該当する)。
【0133】 トリプルデッカーは、複数のアクセス可能な酸化状態(順次、サンドイッチ・
アーキテクチャーでポルフィリン性マクロサイクルの密接な結合の結果である)
のため、分子基材の情報記憶に関して魅力的である。トリプルデッカーは、一般
に、−0.2から1.4V(Ag/Ag+に対し)までの範囲にある4つの酸化
電位を示す。(ここに明記される全て電位が、内部精度のためのAg/Ag+
極に参照されるか、または比べられたことに注目すべきである。飽和カロメル電
極に対して測定された報告値は、標準としてのフェロセンの使用に基づいて、A
g/Ag+電極に適切な値を付与するために減じられる170mVを示した。)
例えば、ポルフィリンの4つのメソ位置でAr=4−t−ブチルフェニルを用い
た(Por)Eu(Pc)Eu(Por)トリプルデッカーは、それぞれ、モノ
ケーション、ジケーション、トリケーション、およびテトラケーションの形成に
対応して、0.23、0.62、0.95および1.23Vで陽極波を付与した
(J.Jiangら、Inorg.Chim.Acta 1998年、268巻
、49−53頁)。
【0134】 本発明を行うために使用されうるサンドイッチ型配位化合物の特定の例は、式
XI(ダブルデッカーサンドイッチ化合物について)または式XII(トリプル
デッカーサンドイッチ化合物について)、
【化6】 (式中、M1およびM2(存在する場合)は、ランタニド列(Ln=La、Ce、
Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、
Lu、並びにY、Zr、Hf、およびBi、およびアクチニド列では、Thおよ
びU(Pmのような放射活性要素は、一般に好まれない))の金属から成る群か
ら独立に選択される金属であり、L1、L2およびL3(存在する場合)は、独立
に選択されるリガンド(例えば、ポルフィリン性マクロサイクル)であり、およ
びQ1、Q2およびQ3(存在する場合)は、存在しても、または不在であっても
よく、そして存在する場合、上の区分IIIBで記述されるとおりの独立に選択
されたリンカーである(リンカーは、好ましくは、チオ、セレノ、またはテルロ
基のような保護または未保護反応性基が挙げられる))を示す。好ましくは、Q 1 、Q2およびQ3の少なくとも1つが存在する。
【0135】 各リガンドLは、単一リンカーQで置換されうるか、または下に大いに詳細に
説明されるとおり、リンカーQで重複して置換されうることも予想される。した
がって、式XIまたは式XIIの分子は、Q1、Q2またはQ3の少なくとも1つ
によって、電極または基板に共有結合で連結されうる。
【0136】 各リガンドLは、さらに、上の式XIまたは式XIIの化合物の範囲から逸脱
せずに置換されうる。例えば、そして下により詳細に説明されるとおり、リガン
ドは、メタロセン基に、別のポルフィリン性マクロサイクルに、別のサンドイッ
チ型配位化合物のリガンドなどに共有結合で結合されうる。
【0137】 下のセクションIVCで検討されるとおり別のメモリー記憶を提供する上記式
XIおよびXIIの化合物の特別の実施形態は、式XIIIおよび式XIV、
【化7】 (式中:M1およびM2は、上に示されるとおりであり、L1、L2およびL3は、
上に示されるとおりであり、Q1、Q2およびQ3は、上に示されるとおりであり
、P1、P2およびP3は、存在していても、または不在であってもよく、存在す
る場合、ポルフィリン性マクロサイクルのような独立に選択された酸化可能な基
、フェロセンのようなメタロセンなどを表す(下に記述されるとおりリンカーを
通して対応のLnに結合されうる))によって表されるものである。
【0138】 したがって、上の式IおよびIIで表され、そして下のセクションIVCで検
討されるとおりの別の記憶許容性をも提供する特別の実施形態としては、下の式
XVおよび式XVI、
【化8】 (式中、M1およびM2は、上に示されるとおりであり、そしてM3およびM4は、
独立に、M1およびM2と同じ基から選択され、L1、L2およびL3は、上に示さ
れるとおりであり、そしてL4、L5およびM6は、独立に、L1、L2およびL3
同じ基から選択され、Q1、Q2およびQ3は、存在していても、または不在であ
ってもよく、そして上で示されるとおりであり、そしてQ4、Q5およびQ6は、
存在していても、または不在であってもよく、そして独立に、Q1、Q2およびQ 3 と同じ基から選択され(Q1からQ6までの少なくとも1つが存在するという条
件で)、J1、J2およびJ3は、存在していても、または不在であってもよく、
そして存在する場合、独立に選択されたリンカーを表す(J1、J2またはJ3
内の少なくとも1つが存在するという条件で))によって表されるとおり、2つ
のサンドイッチ型配位化合物が、互いに連結される場合が挙げられる。各リンカ
ーJnは、ここでリンカーQ1に関して記述されるとおり同じカテゴリーまたは構
造のリンカーでありうるが、しかし、好ましくは線状リンカーである。
【0139】 上の式XVおよびXVIの化合物は、さらに、上の式XIIIおよびXIVの
化合物に関連してここに記述される方法で置換されて、下の式XVIIおよび式
XVIIIの化合物、
【化9】 (式中:M1、M2、M3およびM4は、上に示されるとおりであり、L1、L2、L 3 、L4、L5およびL6は、上に示されるとおりであり、Q1、Q2、Q3、Q4、Q 5 およびQ6は、上に示されるとおりであり、J1、J2およびJ3は、存在してい
ても、または不在であってもよく、そして存在する場合、独立に選択されたリン
カーを表す(J1、J2またはJ3の内の少なくとも1つが存在するという条件で
))、P1、P2およびP3は、上に示されるとおりであり、そしてP4、P5およ
びP6は、独立に、P1、P2およびP3と同じ基から選択される)を提供しうる(
このような化合物、特に式XVIIIのものは、下のセクションIVDで検討さ
れるとおり、0から10までを計数するための情報の記憶を可能にするアーキテ
クチャーを提供する)。
【0140】 上の式XVおよびXVIIの化合物では、L5は、さらに、ダブルデッカーが
、トリプルデッカー化合物に連結される場合のように、−M4−L6−Q6、また
は−M4−L6−Q66で置換または拡張されうる。
【0141】 本発明を行うためのリンカーとして使用されうるポルフィリン性マクロサイク
ルの特別の例は、下の式XXおよび式XXI、
【化10】 (式中:K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7、およびK8は、N、O、S、Se
、TeおよびCHから成る群から独立に選択され、S1、S2、S3、S4、S5
6、S7、S8、S9、S10、S11、およびS12は、好ましくは、約5、2ボルト
未満または1ボルトでさえの酸化的還元電位を提供する独立に選択された置換基
である)の化合物が挙げられる。例の置換基S1、S2、S3、S4としては、それ
に限定されないが、H、アリール、フェニル、シクロアルキル、アルキル、ハロ
ゲン、アルコキシ、アルキルチオ、ペルフルオロアルキル、ペルフルオロアリー
ル、ピリジル、シアノ、チオシアナート、ニトロ、アミノ、アルキルアミノ、ア
シル、スルホキシル、スルホニル、イミド、アミド、およびカルバモイルが挙げ
られる。
【0142】 さらに、S1およびS2、S3およびS4、S5およびS6、およびS7およびS8
各対は、ベンゼン、ナフタレン、またはアントラセンのような環状アレンを独立
に形成し得て、そしてそれは、順次、H、アリール、フェニル、シクロアルキル
、アルキル、ハロゲン、アルコキシ、アルキルチオ、ペルフルオロアルキル、ペ
ルフルオロアリール、ピリジル、シアノ、シトシアナト、ニトロ、アミノ、アル
キルアミノ、アシル、スルホキシル、スルホニル、イミド、アミド、およびカル
バモイルのような、好ましくは、約5、2未満か、または1ボルトでさえの酸化
的還元電位を供給する置換基で1回またはそれ以上の回数、未置換または置換さ
れうる。このような環状アレンの例としては、それに限定されないが、
【化11】 (環が、融合環の芳香族性を保持するために適切に複合されることが分かる)(
式中、各置換基S’は、独立に選択され、そして好ましくは、約5、2未満か、
または1ボルトでさえの酸化的還元電位を提供する)が挙げられる。このような
置換基の例としては、それに限定されないが、H、アリール、フェニル、シクロ
アルキル、アルキル、ハロゲン、アルコキシ、アルキルチオ、ペルフルオロアル
キル、ペルフルオロアリール、ピリジル、シアノ、チオシアナート、ニトロ、ア
ミノ、アルキルアミノ、アシル、スルホキシル、スルホニル、イミド、アミド、
およびカルバモイルが挙げられる。環状アレンを含む式XXおよびXXIの化合
物の特定の例は、下の式XXII−XXVによって例示される。
【0143】 上に記述される手段で、基板に、または別のサンドイッチ型配位化合物のよう
な別の化合物にサンドイッチ型配位化合物を連結させるために、サンドイッチ型
配位化合物中の少なくとも1つのリガンドは、少なくとも1つの置換基S1から
nまたはリンカー、特に反応性基板を含むリンカー(複数リンカーが、リンカ
ーに置換される場合、リンカーは、同じであるか、または独立に選択されうる)
であるS'を含まなければならない。このようなリンカーは、ここでX−Q−と
して表され、Qがリンカーであり、そしてXが基板である場合、基板に共有結合
で結合しうる反応部位または基、または基板にイオンで結合しうる反応性部位ま
たは基である。
【0144】 Qは、線状リンカーまたは不等辺リンカーであり得て、そして線状リンカーが
、現在好ましい。不等辺リンカーの例としては、それに限定されないが、4,3
’−ジフェニルエチン、4,3’−ジフェニルブタジン、4,3’−ジフェニル
、1,3−フェニレン、4,3’−スチルベン、4,3’−アゾベンゼン、4,
3’−ベンイルイデンアニリン、および4,3’’−ターフェニルが挙げられる
。線状リンカーの例としては、それに限定されないが、4,4’−ジフェニルエ
チン、4,4’−ジフェニルブタジン、4,4’−ジフェニル、1,4−フェニ
レン、4,4’−スチルベン、1,4−ビシクロオクタン、4,4’−アゾベン
ゼン、4,4’−ベンジルイデンアニリン、および4,4’’−ターフェニルが
挙げられる。
【0145】 Xは、チオ、セレノ、またはテルロ基のようなリンカー上の保護または未保護
反応性部位または基でありうる。
【0146】 したがって、X−Q−についての線状リンカーの例は、4−(2−(4−メル
カプトフェニル)エチニル)フェニル、4−メルカプトメチルフェニル、4−ヒ
ドロセレノフェニル、3−(2−(4−ヒドロセレノフェニル)エチニル)フェ
ニル、4−ヒドロテルロフェニル、および4−(2−(4−ヒドロテルロフェニ
ル)エチニル)フェニルである。X−Q−についての不等辺リンカーの例は、3
−(2−(4−メルカプトフェニル)エチニル)フェニル、3−メルカプトメチ
ルフェニル、3−ヒドロセレノフェニル、3−(2−(4−ヒドロセレノフェニ
ル)エチニル)フェニル、3−ヒドロテルロフェニル、および3−(2−(4−
ヒドロテルロフェニル)エチニル)フェニルである。
【0147】 他の適切なリンカーとしては、それに限定されないが、2−(4−メルカプト
フェニル)エチニル、2−(4−ヒドロセレノフェニル)エチニル、および2−
(4−ヒドロセレノフェニル)エチニルである。
【0148】 上に記述されるとおり環状アレンを含むリガンドの例としては、それに限定さ
れないが、下の式XXII、XXIII、XXIVおよびXXV、
【化12】 (式中、各置換基S’は、独立に選択され、そして好ましくは、約5、2未満か
、または1ボルトの酸化的還元電位を提供する)のリガンドが挙げられる。この
ような置換基の例としては、それに限定されないが、H、アリール、フェニル、
シクロアルキル、アルキル、ハロゲン、アルコキシ、アルキルチオ、ペルフルオ
ロアルキル、ペルフルオロアリール、ピリジル、シアノ、チオシアナート、ニト
ロ、アミノ、アルキルアミノ、アシル、スルホキシル、スルホニル、イミド、ア
ミド、およびカルバモイルが挙げられる。さらに、サンドイッチ型配位化合物を
基板に、または上に記述される手段での別のサンドイッチ型配位化合物のような
別の化合物に連結するために、サンドイッチ型配位化合物での少なくとも1つの
リガンドは、リンカー、特に反応性基を含むリンカー(複数リンカーが、リガン
ドに置換される場合、リンカーは、同じであるか、または独立に選択されうる)
である少なくとも1つの置換基S’を含有しなければならない。このようなリン
カーは、上に記述されるとおりである。
【0149】 [B.メモリー記憶のためのダブルデッカーおよびトリプルデッカー分子] 二重およびトリプルデッカー・ポルフィリン・サンドイッチ分子は、数種の方
法の内の1つで電子活性表面に付着されうる。好ましい付着攻略法は、チオール
リンカーの使用に関与し、そしてそれナフタロシアニンまたはポルフィリン単位
のいずれかに追加されうる。これらの例は、図7Aに示され、そしてそれは、電
気活性材料の表面に関してマクロサイクルの垂直な配列を与える。関連アプロー
チは、図7Bに示されるとおり水平方向を与える。結果物である合成成分、エチ
ニルポルフィリンおよびエチニルフタロシアニンが利用できることに注目すべき
である(R.Wagnerら、J.Am.Chem.Soc.1996年、11
8巻、11166−11180頁;M.Ravikanthら、Tetrahe
dron 1998年、54巻、7721−7734頁;Mayaら、(199
9年)、Chem.Eur.J.5巻、2004−2013頁)。チオール誘導
ポルフィリンおよびチオール誘導フェロセンが、電気的に活性な表面に付着され
うることが先に例示された(Gryko,D.T.;Clausen,P.C.
;Lindsey,J.S.、J.Org.Chem.1999年、64巻、8
635−8647頁;S.Sachsら、J.Am.Chem.Soc.199
7年、119巻、10563−10564頁;S.Creagerら、J.Am
.Chem.Sco.1999年、121巻、1059−1064頁)。チオー
ル誘導ポルフィリンは、電気活性材料の表面に関して水平または垂直な方向とし
て設計される。
【0150】 図7に示されるトリプルデッカーの各々は、4つの荷電酸化状態にアクセスさ
れることを可能にする。ゼロとして定義される中性状態で、4つの荷電酸化状態
は、0から4までを計数するための手段を提供する。
【0151】 単一メモリー位置で別の情報を記憶するために、2つのトリプルデッカーが使
用されうる。図8に示される2つのトリプルデッカーの酸化電位は、表1に示さ
れる。(J.Jiangら、Inorg.Chim.Acta 1998年、2
68巻、49−53頁)。各場合には、4つの荷電酸化状態がアクセス指定され
、そして2つのトリプルデッカーは、互いから得られる電位オフセットを示す。
【0152】
【表1】
【0153】 これらのトリプルデッカーは、トリプルデッカーIおよびIIの等量が、所定
のメモリー位置で利用される混合組立で使用されうる。この手段では、8つの固
有で、そして異なった電荷酸化状態が、個別のトリプルデッカー分子の酸化電位
の交互配置のためにアクセス指定されうる。これらの分子を、電気活性表面に付
着させるために、チオールリンカーは、図9で示されるとおりに使用される。
【0154】 このような分子のファミリーが作製されうる。酸化電位を調節することは、ポ
ルフィリン・メソ置換基、ポルフィリンβ置換基、フタロシアニン置換基(R=
アルキル、ペルフルオロアルキル、アルコキシ、アルキルチオなど)の特性、ポ
ルフィリンまたはフタロシアニンマクロサイクルの骨格原子の置換の特性、およ
び2つのサンドイッチ金属(M1、M2)の特性における変動によって達成されう
る。分子構造におけるこのような変動(図面には示されず)は、所望の場合、電
気化学的電位を調節するために利用されうることが分かった。
【0155】 [C.メモリー記憶についてのアーキテクチャーをさらに詳しく述べること] 酸化電位の同じ交互配置は、他のトリプルデッカー分子で達成されうる。分子
アーキテクチャーでの複数状態をアクセス指定して、それにより混合単層の形成
を回避するために、トリプルデッカーサンドイッチ分子は、式XVおよび式XV
Iで示されるとおり、共有結合で連結されうる。1つの例は、図10で示される
。ここで、トリプルデッカーの両方が、チオールリンカーを介して電気活性表面
に直接付着され、そしてそれは、水平方向を付与する。図11では、垂直方向は
、電気活性表面に直接付着される2つのトリプルデッカーの内のただ1つで達成
される。図7および8で示される各場合には、8つの荷電酸化状態は、2つのト
リプルデッカー分子の酸化電位の交互配置を通してアクセス指定されうる。電位
の調節ナフタロシアニン置換基(R)、ポルフィリンに付着した末梢基、ポルフ
ィリンおよびフタロシアニンにおける骨格原子置換の特性における変動によって
達成され、そしてさらに、上に記述されるとおりの異なる金属が、使用されうる
(Euは、表示される)。
【0156】 他のアーキテクチャーは、上に式XIIIおよび式XIVで示されるとおり、
1つのトリプルデッカーがポルフィリンまたはフェロセンのような酸化的還元活
性基で置換される場合に、使用されうる。例は、図12および13で表示される
。図12では、1つのポルフィリンは、4つの異なるメソ−置換基を担持し、そ
の内の1つは、電気活性表面への最終的な付着のための保護チオール単位を含む
。残りの3つのメソ−置換基は、2つの置換フェロセン分子と1つのポルフィリ
ン分子を含めた酸化的還元活性単位である。これらの酸化的還元活性単位が選択
され、その結果、それらの酸化電位は、トリプルデッカーサンドイッチ単位のも
のと交互に配置される。種々のリンカーは、フェロセン単位をポルフィリンに付
着させるために使用されうる。p−フェニレン単位(n=0)および4,4‘’
−ジフェニルエチン単位(n=1)が示される。リンカーの選択は、リンカーの
合成実行可能性および電子通信特性に基づく。p−フェニレンまたはジアリール
エチン・リンカーの選択が、フェロセンまたはポルフィリン単位の固有電気化学
的特性を明らかに変えるとは予想されない。予想される酸化状態は、表2に列記
される(S.Yangら、J.Porphyrins Phthalocyan
ines 1999年、3巻、117−147頁)。個々の単位の連続酸化は、
電気化学的電位が増加しているときに起る。
【0157】
【表2】
【0158】 図13は、図12で使用される(Por)Eu(Pc)Eu(Pc)アーキテ
クチャーよりむしろ(Por)Eu(Pc)Eu(Por)トリプルデッカーを
使用する関連アーキテクチャーを表示する。主要な識別は、(Por)Eu(P
c)Eu(Pc)アーキテクチャーが、第一および第二の酸化電位(しかし第三
または第四でない)を、約100−200mVまで低電位に移行することである
。この区分は、その置換基が、トリプルデッカー単位のものを用いて適切に交互
配置する酸化電位を示すために選択される場合に、合成設計で利用されうる。
【0159】 [D.機能性材料を構築するための組立てブロックとしてのサンドイッチ化合物
:合成アプローチ] ダイアド。トリプルデッカーのダイアドの合成は、いくつかの異なる型の反応
を介して進行しうる。全般的問題は、トリプルデッカーを、ダイアドアーキテク
チャーに連結するために使用される反応も、一般に、2つのトリプルデッカーの
間の電気通信を供するリンカーを作製することである。したがって、より限定さ
れた組の反応が、有機化学の全体にあるものより予想される。興味の反応は、2
つの同一のトリプルデッカー(ブタジインリンカーを発生する)のGlaser(また
はエグリントン)結合、2つの異なるトリプルデッカー(ブタジイン・リンカー
を発生する)のCadiot-Chodkiewiczカップリング、2つの異なるトリプルデッカ
ー(エチン・リンカーを発生する)のSonogashiraカップリング、2つの異なる
トリプルデッカー(アルケン・リンカーを発生する)のHeckまたはWittig反応、
2つの異なるトリプルデッカー(フェニレンまたはビフェニル・リンカーを発生
する)のSuzuki反応などが挙げられる。我々は、適切に機能化されたトリプルデ
ッカーを有するGlaserカップリングおよびSonogashiraカップリングを使用した
。他の反応も使用されうる。
【化13】
【0160】 ポリマー。トリプルデッカーのポリマーの合成は、最も興味深いものであり、
そして(1)トリプルデッカー(および電極)の中の電気通信が、有効に達成で
き、そして(2)重合性トリプルデッカー材料が、ポリマー業界の技術を用いて
加工されうる分子枠中で単量体トリプルデッカーの固有の電気特性を示す材料を
得る。
【0161】 トリプルデッカーの重合性アレイの合成のための方法としては、それに限定さ
れないが、以下の型の反応の使用が挙げられる。 単量体のトリプルデッカー(ブタジイン・リンカーを発生する)のGlaser(ま
たはエグリントン)結合 2つの異なるトリプルデッカー(ブロック共重合体に結合するブタジイン・リ
ンカーを発生する)のCadiot-Chodkiewiczカップリング 2つの異なるトリプルデッカー(ブロック共重合体に結合するエチン・リンカ
ーを発生する)のSonogashiraカップリング 2つの異なるトリプルデッカー(ブロック共重合体に結合するアルケン・リン
カーを発生する)のHeckまたはWittig反応 2つの異なるトリプルデッカー(ブロック共重合体に結合するフェニレンまた
はビフェニル・リンカーを発生する)のSuzukiカップリング 我々は、2つまたはそれ以上のチオフェン基(オリゴチオフェン・リンカーを
発生する)または2つまたはそれ以上のピロール基(ポリピロール・リンカーを
発生する)ような置換基を担持するトリプルデッカーも重合できる。
【0162】 ポリマーの合成は、段階的方法を用いて、または重合法を用いて行われうる。
両方の方法は、一般にトリプルデッカーがポリマー骨格の不可欠の構成要素であ
るポリマーを製造するために、トリプルデッカーに付着される2つの反応性基を
必要とする。(代替の設計は、トリプルデッカーが、ポリマー骨格に対する1つ
の結合を介して付着される吊り下げポリマーを生じる。)段階的合成法は、一般
に、1つの反応性部位を覆う保護基の使用を必要とし、そしてその後、1サイク
ルの反応は、脱保護に続く結合を含む。重合法で、保護基で使用されるものはな
く、そしてポリマーは、1つのフラスコ工程で製造される。
【0163】 重合は、溶液で起りうるか、または表面から生じるポリマーを用いて行われう
る。重合は、固相ペプチドまたはDNA合成での固形支持体を用いて開始して行
われ得て、その後、除去、精製、そしてさらに特定の用途のために合成される。
重合は、電気活性表面に付着された発生期のポリマーでも行われ、インサイチュ
で所望の電子材料を生じうる。
【0164】 勾配ポリマー。ブロック共重合体またはランダム共重合体でと同一単位、また
は非類似単位から構成されるポリマーが、作製されうる。代わりに、重合は、異
なるトリプルデッカーの組成物が、勾配で組織化される線状アレイを作製するた
めに行われうる。この後者のアプローチは、保存荷電の電位が、アレイの長さに
沿った系統的手段で増加(または減少)する分子コンデンサを作成する可能性を
付与する。このような分子コンデンサは、以下でのアプリケーションを見出しう
る。 (a)情報が、固有で、そして異なる酸化電位で記憶される新規情報記憶材料。
例えば、最低電位のトリプルデッカーが、電気活性表面から位置決めされ、そし
て高い電位のトリプルデッカーが、電気活性表面で近くに配置される線状アレイ
が構成される。その後、高電位の酸化一掃が、アレイ(近位または遠位)での全
てのトリプルデッカーに要求されるが、しかし、低電位に対する変化は、その後
、酸化状態での遠位の低電位トリプルデッカーのみを遊離する近位のトリプルデ
ッカーを減少させる。交互配置の中性トリプルデッカーをそのように行う上で、
電子フローに対する防御を(近位)構成し、それにより酸化(遠位の)トリプル
デッカーにおける記憶された変化の滞留時間を増加させる。 (b)固定電位で、アレイの色が距離で変化する電気クロミック材料。 (c)分子電池。電池としての重合性トリプルデッカーの新規特性は、以下のと
おりである。(1)トリプルデッカー構成要素を結合するリンカーによって指向
される、変化移動は、重合骨格に沿って起る。したがって、荷電担体の拡散運動
は、電極に達するために変化(ホール・ホッピング、電子移行)について要求さ
れない。(2)電位は、ポリマー内でのトリプルデッカー構成要素の置換基、金
属および型の使用により同調されうる。(3)ポリマーは、トリプルデッカー構
成要素の個々の酸化状態の電気化学的電位によって定義されるとおり、固有の電
位の継続中に放出する。この後者の特性は、ポリマー中のトリプルデッカーの酸
化電位は、隣接のトリプルデッカーの酸化状態から独立であるという事実から生
じる。重合性トリプルデッカーから誘導される電池の組立ては、電解質の使用を
含むことが分かる。このような電解質としては、小型分子またはポリマーが挙げ
られうる。
【0165】 勾配ポリマーは、以下の手段で作製される。重合可能な単位(トリプルデッカ
ーまたはリンカー)は、表面(固相合成に関しては固形樹脂、または電気活性表
面)に付着される。第一のトリプルデッカー(TD1)を添加し、そして重合(
例えば、Glaserカップリング)を行うために、カップリング試薬を添加する。そ
の後、固相を、洗浄して、カップリング試薬(Glaserカップリングの場合には、
銅試薬)および任意の未反応TD1を除去する。その後、第二のトリプルデッカ
ー(TD2)を、添加し、続いて、カップリング試薬を添加し、そして重合を継
続させる。同じ洗浄手段を、再度行い、そしてその後、第三のトリプルデッカー
(TD3)を添加し、続いてカップリング試薬を添加し、そして重合を継続させ
る。この方法の繰返しが、等級付けられた酸化電位を示すトリプルデッカーの線
状アレイの系統的構築を可能にする。その後、最終ポリマーは、固相(樹脂が合
成のために使用される場合)から切断されるか、または直接使用(合成は、電気
活性表面で行われる場合)される。
【化14】
【0166】 重合可能な基は、種々の名称の反応(Glaser、Sonogashira、Cadiot-Chodkiew
icz、Heck、Wittig、Suzukiなど)を用いて、上に記述される型のいずれかであ
り得る。最終重合生成物は、線状アレイ中のリンカーを介して結合された種々の
トリプルデッカー[(TDin]のドメインから構成される。
【0167】 [E.特定反応型の追加情報] [対称的ブタジイン結合トリプルデッカーの製造] Glaser。一世紀前からGlaserによって知見されたこの結合反応(Glaser
,C.Ber.1869、2、422)は、末端エチンの結合によって対称的ブ
タジエンを製造するためになお非常に一般的に使用される。多様な条件が使用さ
れうる。
【0168】 (1)銅試薬。当初には、有機第一銅誘導体は、が最初に単離され、そしてその
後酸化された。後に、第一銅誘導体が、インサイチュで形成されうることが分か
った。首尾よく使用されうる集合塩の一部は、0.2から600%までの論理的
量で変化しうる。触媒性量(0.2%〜0.5%)の第一銅塩が、疎水性エチン
と共に最も使用される。一般的に、エチン対Cu+の比は、1以上に保持される
べきである。アンモニウムまたはアミン化合物も、存在すべきである(Came
ron,M.D.;Bennett,G.E.J.Org.Chem.1957
年、22巻、557頁)。
【0169】 (2)酸化剤。空気および酸素は、酸化剤として最も頻繁に使用される。カリウ
ム・フェリシアニド、過酸化水素、および第二銅塩のような他の酸化剤も、使用
されてきた(Viehe,H.G.編:「アセチレンの化学」、Marcel
Dekker、ニューヨーク、1969年、597頁)。しかし、全ての場合に
、第二銅イオンは、真の酸化剤であることが立証された(Eglinton,G
.;McCrae,W.,Adv.Org.Chem.1963年、4巻、22
5頁)。
【0170】 (3)時間および温度。一般に、室温が、十分であり、そして都合もよい。反応
時間は、分および時間の間で変化する。
【0171】 (4)溶媒。ピリジンは、エチンおよびそれらの第一銅誘導体についての優れた
溶媒である。三級アミンも、素晴らしい溶媒であり、そして第一銅塩の化学量論
的量で結合速度を増加させる。しかし、多くの種類の溶媒が、個々のエチンのた
めに首尾よく使用された。
【0172】 (5)エチン。方法は、どの官能基であるかということに関係なく、ほとんど全
ての対称的結合に利用できる。収量は、素晴らしく、そしてほぼ、その反応で形
成されるブタジイン結合材料の不安定性によって制限されるようである。しかし
、この結合法は、これらの反応条件下で不安定である、非常に複雑な官能基(ホ
スフィンのような)またはある種の金属誘導体と共にエチンを使用できない(B
ohlmann,F.Ber.1951年、84巻、545頁)。
【0173】 末端エチンのこの従来の自己結合は、(1)クロロアセトンおよびベンゼンの
存在下でのPd(0)−CuI触媒自己結合(Rossi,R.;Carpit
a,A.;Bigelli,C.Tetrahedron Lett.1985
,523)、(2)化学量論的ヨウ素の存在下でのPd(II)−Cu(I)触
媒自己結合(Liu,Q.;Burton,D.J.;Tetrahedron
Lett.1997,38,4371)、(3)ヨウ素とのリチウムジアリキ
ルジアリールボレートの反応(Pelter,A.;Smith,K.;Tab
ata,M.J.Chem.Soc.Chem.Commun.1975,85
7)によって修飾された。
【0174】 以下の図表は、トリプルデッカーのダイアドを生じるGlaserカップリングの例
、およびトリプルデッカーのポリマーを生じる例を示す。各場合には、交互配置
のリンカーは、ブタジイン単位を含む。
【化15】
【0175】 最近、我々は、ブタジイン結合を有するトリプルデッカーダイアドを製造する
ために修飾されたGlaserカップリング(化学量論的ヨウ素の存在下でのPd(I
I)−Cu(I)で触媒された自己結合)を使用し、そして所望の生成物は、非
常に温和な条件(室温)下で優れた収率(89%)で得られた。同様の条件下で
、トリプルデッカー単位を有する対応の官能性ポリマーおよび/またはオリゴマ
ーも、製造されうることが予想される。
【0176】 エグリントン結合。この方法は、Glaserカップリングで、真の酸化剤が第一銅
塩であるという事実に基づいた。1956年に、EglintonおよびGal
braithは、ピリジン中の第二銅塩に関与する方法を提案した(Eglin
ton,G.;Galbraith,A.R.Chem.Ind.1956,7
37)。この条件は、1980年代半ばにBreslowによって改良され(O
'Krongly,D.;Denmeade,S.R.;Chiang,M.Y
.;Breslow,R.J.Am.Chem.Soc.1985,107,5
544)、そしてそれは、酸素不含ピリジンで第二銅/第一銅結合を使用した。
この方法は、今日、非常に共通して使用される。ピリジンは、主に、優れた溶解
および緩衝剤として使用された。モルホリンおよびテトラメチルエチレンジアミ
ンのような他のアミンも、使用されうる。さらに、他の溶媒も添加されうる。反
応速度は、アセチレン性プロトンの酸性度とともに増加し;アルキルエチンは、
Glaserカップリングでのようなアリールエチンおよびブタジインよりゆっくりと
反応する。第一銅誘導体は、明らかな定量で形成しないが、反応中間体であるよ
うである。
【0177】 シュトラウス結合。酸性媒体でのGlaserカップリングの条件下で、エニン(e
nyne)が、1905年にStrausによって最初に示されたとおり、形成
され得る(Straus,F.Liebigs Ann.1905,342,1
90)。当初の実験方法は、数時間の間灌流、その後、乾燥第一銅誘導体の酢酸
溶液を、不活性気体下で添加することから構成される。形成された唯一のエニン
は、頭部から尾部までの結合であるのに対して、頭部から頭部までの結合は、検
出されないであろう。
【0178】 非対称的ブタジイン結合材料の作製:Cadiot-Chodkiewiczカップリング 非対称的ブタジインの作製のために、2つの異なる末端エチンのGlaserカップ
リングは、ブタジインの混合物を不可逆に付与した。1957年に提案されたCa
diot-Chodkiewiczカップリング方法(Chodkiewicz,W.Ann.C
him.1957,2,819)は、2つの異なるエチン単位を結合する直接経
路を提供する。Cadiot-Chodkiewiczカップリング方法は、第一銅塩および適切な
アミンの存在下でハロゲン化エチンを用いたエチンの縮合から構成される。反応
条件下で、1−ハロゲンエチンは、対応の対称的ブタジインに対する自己結合を
受けうる(Chodkiewicz,W.Ann.Chim.1957年,2巻
,819頁)。
【0179】 (1)第一銅塩。第一銅エチン誘導体は、反応性中間体であると想定される。第
一銅種は、縮合で再生され、そして触媒量(約1〜5%)で使用されうる。第一
銅イオンのこの低濃度は、ハロゲノエチンのほとんど全て自己結合を減少させる
【0180】 (2)塩基剤。この反応は、酸性媒体で生じない。塩基は、縮合から生じる酸を
中和するために必要である。アミンは、反応媒体の酸化と同様に自己結合反応を
妨害する優れた溶媒である。アミン類の有効性は、以下のとおり減少する。一級
>二級>三級。
【0181】 (3)溶媒。反応媒体での末梢エチンの優れた溶解性が要求される。第一銅誘導
体の最少溶解度も必須である。アルコールは、アリールエチンのために頻繁に使
用される。エーテルは、かろうじて溶解性の化合物と共に使用されうる。三級ア
ミドは、末梢エチンのため、そして第一銅誘導体のための非常に優れた溶媒であ
り、そしてかろうじて溶解性の化合物と共にしばしば使用される。
【0182】 (4)1−ハロゲノアセチレンの特性。クロロ−、ブロモ−およびヨード誘導体
の中で、1−ブルモエチンは、最も適したものである。一般に、1−ブロモエチ
ンは、誘導体に対する十分な反応性がある。他の極端なもので、1−ヨードエチ
ンは、第一銅イオンに対して強力に酸化し、そして自己結合反応を歓迎する一方
で、1−クロロエチンは、低い反応性を示す。
【化16】
【0183】 Suzukiカップリング。アリールホウ酸とのアリールハライドのSuzuki架橋は、
ビアリール化合物を形成する極端に強力な道具として生まれた(検討のために、
(a)Miyaura,N.;uzuki,A.Chem.Rev.1995年
,95巻,2457頁。(b)Suzuki,A.J.Organomet.C
hem.1999年,576巻,147頁参照)。この方法論は、パラジウム源
、リガンド、接着剤、溶媒などに関して、集約的に研究された(Littke,
A.F.;Fu,G.C.Angew.Chem.,Int.Ed.1998年
,37巻,3387頁)。日時を定めるために、ビアリール結合を含む化合物は
、個々の結合条件下で、広範な置換基を用いて、非常に優れた収量で、非常に温
和な条件下で製造されうる。
【0184】 Suzukiカップリング条件下で、ジアリール結合を伴うトリプルデッカー単位を
含むオリゴマーおよび/またはポリマーが、製造されうる。これらの種類のポリ
マーは、興味深い光学および/または電気的特性を表すことが予想され、したが
って、機能的材料としての用途を見出す。我々は、アリールハライド基を担持す
る種々のトリプルデッカー組立てブロックを製造した一方で、ホウ酸の安定な特
性(熱により、空気および湿度安定である)は、ホウ酸基を担持する対応のトリ
プルデッカー組立てブロックを製造することを実行可能にする。したがって、ハ
ライドおよびホウ酸基を含むトリプルデッカーモノマーは、所望の分子アーキテ
クチャーを付与するSuzukiカップリング条件下で処理される。
【0185】 D.Sonogashiraカップリング。エチンおよびアリールハライドのSonogashira
カップリングは、対応のエチン結合化合物を付与する。Sonogashira反応は、温
和な温度(35°C)下で、トルエンおよびトリエチルアミン中の希釈溶液中の
Pd(PPh32Cl2およびCuIを用いて、または温和な温度(35°C)
下で、トルエンおよびトリエチルミン中のトリ−o−トリルホスフィンと共にP
2(dba)3を用いて行われうる。他のアミン含有溶媒が、同様に使用されう
る。
【0186】 E.Wittig反応。Wittig反応は、アルキルハライドおよびアルデヒドまたはケ
トンの結合に関与し、そしてアルケンを生じる。これは、炭素−炭素結合形成の
最も強力な方法の内の1つであり、そしてアルキルハライドを、ホスフィン(例
えば、トリフェニルホスフィン)で処理し、続いて強力な塩基(例えば、n−ブ
チルチリウム)との処理、そしてカルボニル化合物との反応に関与する。
【0187】 [F.8まで計数するための分子アーキテクチャー] 我々の目的の内の1は、複数ビットの情報を記憶する能力のある分子デバイス
を構築することである。我々の一般的アプローチは、電気活性表面での自己組立
て単層に配置される酸化的還元分子の固有の酸化状態での情報を記憶することを
含む。複数ビットを記憶する能力は、多数のアクセス可能な酸化状態を示す分子
または分子アレイを必要とする。その目標に向けて、我々は、フェロセンおよび
ポルフィリンのような広範多様な酸化的還元活性分子、並びに複数の酸化的還元
活性単位から構成されるアレイを調査した。極近位に保持される非常に非局在化
されたマクロサイクルから構成される、ランタニドおよび関連の金属のトリプル
デッカーフタロシアニナトおよびポルフィリンサンドイッチ錯体は、分子基本の
情報記憶が、それらの複数で、アクセス可能な酸化状態を示すのに魅力的である
。このようなトリプルデッカー錯体は、一般に、モノ化、ジ化、トリ化およびテ
トラ化、並びに陰イオン状態の対応の組の形成に対応する0.1−1.4V(対
Ag/Ag+)の範囲にある4つの酸化電位を示す(J.Jiangら、Ino
rg.Chim.Acta 1998年、268巻、49−53頁)。陽イオン
状態は、現実社会の条件下での前者の大いなる安定性に付与される陰イオン状態
よりさらに魅力的である。
【0188】 電気活性表面に付着したトリプルデッカーサンドイッチ錯体と共に、4つの陽
イオン性酸化状態に到達する能力は、1から4まで(中性状態が、ゼロである場
合)を計数することを供する。3つのトリプルデッカーは、各々、4つの非重複
酸化電位と共に、8まで計数することが可能になる。トリプルデッカーのこのよ
うな組合せは、3ビットの情報の記憶を可能にし、そして八進法カウンターとし
て使用されうる。1つの設計で、2つのトリプルデッカーは、チオールリンカー
のような1またはそれ以上のリンカーを担持する共役アーキテクチャーに結合さ
れる。別の設計では、2つのトリプルデッカーが、リンカーで別々に官能化され
、そして、両方の誘導トリプルデッカーは、単一メモリー位置に同時被覆された
。このような八進法カウンターの適切な機能化は、酸化電位が異なり、そして識
別可能であるような個別のトリプルデッカーの設計しだいで大部分定まる。最も
魅力的なアプローチは、櫛様形態で互換配置であるべき2つのトリプルデッカー
の酸化電位についてである。
【0189】 ここに実施例1で記述されるとおり、我々は、ポルフィリン単位に付随したチ
オール誘導リンカーを用いて、一般構造(Pc)Eu(Pc)Eu(Por)の
トリプルデッカーサンドイッチ分子を製造する合成方法論を開発した。チオール
誘導リンカーは、金のような電気活性表面にトリプルデッカーを付着するための
部位を提供する。一般合成アプローチは、ポルフィリンおよび/またナフタロシ
アニン単位に付着した置換基に適合性がある。メタロポルフィリンの電気化学的
特性についてよく知られている一方で、トリプルデッカーについての文献は、徹
底的で、そして系統的さがかなり低い(D.NgおよびJ.Jiang、Che
m.Soc.Rev.1997年 26巻、433−442頁)。トリプルデッ
カー錯体での酸化電位の制御のための置換基をどのように使用するかを理解する
ために、我々は、一般式(Pc)Eu(Pc)Eu(Por)および(Por)
Eu(Pc)Eu(Por)のトリプルデッカーの小型の系統的ライブラリーを
製造するために選ぶ。我々は、このライブラリーの電気化学的特性の特徴付けが
、複数ビット情報記憶のためのトリプルデッカーサンドイッチ分子の周りに組立
てられる八進法カウンター並びに関連分子デバイスの合理的設計を促進する。
【0190】 実施例2では、我々は、八進法カウンターを開発する上での結果を記述する。
我々は、最初に、ポルフィリンおよび/またナフタロシアニン部分に付着した電
子供与基を有するトリプルデッカー錯体のライブラリーの合成を記述する。次に
、我々は、トリプルデッカー錯体のこのファミリーの溶液電気化学的研究につい
て報告する。これらから、結果は、トリプルデッカー錯体の酸化電位の有効な交
互配置を提供する置換基の適切な組合せを生じた。これらの洞察力は、同時被覆
実験のために使用されるための適切な電気化学的特性を示すと思われる数種のチ
オール誘導トリプルデッカーの合成を刺激し、そして複数ビット情報記憶に至る
。我々は、これらの2つのトリプルデッカーが、7つの固有の荷電酸化状態に、
酸化電位の交互配列により接近させることを予想する。
【0191】 [G.10まで計数するための分子アーキテクチャー] さらに、分子情報記憶のための別のアーキテクチャーは、他の酸化的還元活性
分子の使用と関連して交互配置された酸化電位を示すトリプルデッカー分子を用
いる概念で樹立する。このような化合物は、一般に、上の式XVIIおよび式X
VIIIで示される。図14で示される実施例アーキテクチャーは、2つのトリ
プルデッカーサンドイッチ分子および2つのフェロセンを組込む。このアーキテ
クチャー(または式XVIIまたは式XVIII内の他の適切なアーキテクチャ
ー)は、利用できる10の正に荷電された酸化状態を示す。ゼロとして定義され
る中性状態で、モノ化からデカ化までの荷電状態が、0から10までの数に自然
に対応することに注目すべきである。したがって、このアーキテクチャーを示す
分子は、適切な電位で、(メモリー位置での電気活性表面に付着される分子の)
電気化学的電位を設定することによって、0から10までの数を記憶するために
使用されうる。
【0192】 好ましくは、分子の異なっており、識別可能な酸化状態、および記憶媒体包含
分子は、約2ボルトより大きくない電圧差に設定されうる。
【0193】 上に示されるとおり、記憶媒体は、電極が前記記憶媒体から前記電極へ通過で
きるように本発明の装置の電極の近位に並置される。記憶媒体は、カウンターイ
オンに埋設された誘電材料に並置されうる。典型的には、記憶媒体および電極は
、集積回路に十分に封入されている。1つの実施形態では、記憶媒体は、参照電
極である第二の電極に電気工学的に結合される。記憶媒体は、デバイスの単一の
平面に存在し得て、そしてデバイス中での複数の記憶位置に存在しうる。別の実
施形態では、記憶位置は、装置の複数の平面上に存在する。各記憶位置は、単一
電極、2つの電極またはそれ以上によってアドレス指定されうる。組立てデバイ
スでは、電極は、集積回路の出力のような電源に接続され得て、および/または
電極は、上記記憶媒体(例えば、電圧電流測定デバイス、電流測定デバイス、電
位測定デバイス)の酸化状態を読み出す装置に接続されうる。このようなデバイ
スは、正弦波電圧電流計でありうる。デバイスは、上記電極から得られる出力信
号のフーリエ変換を供し得る。装置は、上記酸化状態を読取った後に、上記記憶
媒体の酸化状態をリフィレッシュするように組立て、またはプログラム処理され
うる。
【0194】 [V.記憶媒体分子(類)の合成およびキャラクタリゼーション] [A.記憶媒体分子(類)への酸化状態を設計すること] 本発明のメモリーデバイスで使用される記憶分子の酸化的還元活性単位のホー
ル−記憶特性(hole-storage properties)およびホール−ホッピング特性(hol
e-hopping properties)での制御は、メモリーデバイスのアーキテクチャーを越
える微制御を可能にする。
【0195】 このような制御は、合成設計を通して行われる。ホール−記憶特性は、本発明
のデバイスに使用される記憶媒体それら自身であるか、またはそれを組立てるた
めに使用される酸化的還元活性単位または部分集合の酸化電位に依存する。ホー
ル−記憶特性および酸化的還元電位は、金属および末梢置換基に結合した塩基分
子(類)の選択によって厳密に同調されうる(Yangら、(1999年)J.
Porphyrins Phthalocyanines,3巻:117−14
7頁)。
【0196】 例えば、ポルフィリンの場合には、Mgポルフィリンは、Znポルフィリンよ
りいっそう容易に酸化され、そして電子引抜または電子放出アリール基は、推定
可能な方法で、酸化特性を調節しうる。
【0197】 多様なアリール基を担持するモノマー性MgまたはZnポルフィリンのライブ
ラリーの電気化学的特性は、特徴付けられる(Yangら、(1999年)J.
Porphyrins Phthalocyanines,3巻:117−14
7頁)。メタロポルフィリン酸化電位における金属の効果は、よく知られている
(FuhrhopおよびMauzerall(1969年)J.Am.Chem
.Soc.,91巻:4174−4181頁)。一緒に、これらは、推定可能な
ホール−記憶特性を示すデバイスを設計するための記憶基本を提供する。
【0198】 フェロセン酸化電位は、シクロペンタジエンニル環に付着した置換基の使用を
通して、ほぼ1Vの範囲かけて同調されうる(元素の電気化学の事典(Ency
clopedia of Electrochemistry of the
Elements),Bard,A.J.,Lund,H.,編、Marcel
Dekker:ニューヨーク、1979年,13巻、3−27頁)。
【0199】 推定された酸化的還元電位を示す化合物の設計が、当業者によく知られている
。一般に、酸化的還元活性単位または部分集合の酸化電位は、当業者によく知ら
れており、そして調べられうる(例えば、Encyclopedia of E
lectrochemistry of the Elements、上記参照
)。さらに、一般に、分子の酸化的還元電位での種々の置換基の効果は、一般に
付加的である。したがって、論理的酸化電位は、任意の電位データ記憶分子につ
いて容易に推定されうる。実際の酸化電位、特に情報記憶分子(類)または情報
記憶媒体の酸化電位は、標準法によって測定されうる。典型的に、酸化電位は、
その特定の置換基により、電位における移行を測定するために、基本分子の実験
的に測定される酸化電位と、1つの置換基を担持する基本分子のものの比較によ
って推定される。その後、個々の置換基についてのそのような置換基依存的電位
移行の総計は、推定酸化電位を付与する。
【0200】 [B.記憶媒体分子の合成] 本発明に関したマルチポルフィリンナノ構造を構築するために使用される基本
的合成方法論は、Prathapanら、(1993年)J.Am.Chem.
Soc.、115巻:7519−7520頁、Wagnerら(1995年)J
.Org.Chem.、60巻:5266−5273頁、Nishinoら(1
996年)J.Org.Chem.、61巻:7534−7544頁、Wagn
erら(1996年)J.Am.Chem.Soc.、118巻:11166−
11180頁、Strachanら(1997年)J.Am.Chem.Soc
.、119巻:11191−11201頁、およびLiら(1997年)J.M
ater.Chem.、7巻:1245−1262頁で記述される。これらの論
文は、多数のマルチポルフィリン(ポルフィリン性マクロサイクル)化合物の合
成のための種々の攻略法を記述する。さらに詳細には、光捕捉、エネルギー漏斗
、および光学ゲートに焦点を当てたこれらの論文は、21個までの共有結合で結
合したポルフィリンを含むナノ構造の製造をさせる(Fenyoら(1997年
)J.Porphyrins Phthalocyanines,1巻:93−
99頁、Monginら(1998年)J.Org.Chem.,63巻:55
68−5580頁、BurrellおよびOfficer(1998年)Syn
lett 1297−1307、Makら(1998年)Angew.Chem
.Int.Ed.37巻:3020−3023頁、Nakanoら、(1998
年)Angew.Chem.Int.Ed.37巻:3023−3027頁、M
akら、(1999年)Chem.Commun.,1085−1086頁)。
分子方形のような二次元アーキテクチャー(Wagnerら(1998年)J.
Org.Chem.,63巻:5042−5049頁)、T型(Johnson
,T.E.(1995年)博士論文(Ph.D.Thesis)、カーネギー・
メロン大学(Carnegie Mellon University)、およ
びスターバスツ(Liら(1997年)J.Mater.Chem.,7巻:1
245−1262頁)、異なる共有結合から構成される全ても、製造された。
【0201】 さらに、マルチポルフィリンナノ構造のホール記憶および動的ホール可動性特
性は、これらの材料の我々の他の研究の過程の間に詳細に調査された(Seth
ら(1994年)J.Am.Chem.Soc.、116巻:10578−10
592頁、Sethら(1996)J.Am.Chem.Soc.,118巻:
11194−11207頁、Strachanら、(1997年)J.Am.C
hem.Soc.,119巻:11191−11201頁;Liら(1997)
J.Mater.Chem.,7巻:1245−1262頁、Strachan
ら(1998年)Inorg.Chem.,37巻:1191−1201頁、Y
angら(1999年)J.Am.Chem.Soc.,121巻:4008−
4018頁)。
【0202】 少数の方法が、フタロシアニンを形成するために利用できる((Lindse
y,J.S.ポルフィリン・ハンドブックで(The Porphyrin H
andbook);Kadish,K.M.;Smith,K.;Guilar
d,R.,編;アカデミック・プレス、サンディエゴ、カリフォルニア州、19
99年,1巻,45−118頁))。リチウムペントキシド法(リチウムペント
キシドを含むn−ペンタノール中のフタロニトリルの反応に関与する)ナフタロ
シアニンを製造するための最も古い方法の内の1つである(Barrett,P
.A.;Frye,D.A.;Linstead,R.P.J.Chem.So
c.1938年、1157−1163頁)。この方法は、ある程度、シライシ法
の出願における不使用に陥り、そしてそれは、大型置換基を担持するフタロシア
ニンの製造のために使用された(Snow,A.W.;Jarvis,N.L.
J.Am.Chem.Soc.1984年,106巻,4706−4711頁;
Okur,A.I.ら、Synth.React.Inorg.Met.−Or
g.Chem.1990年,20巻,1399−1412頁;Rihter,B
.D.ら、Photochem.Photobiol.1992年,55巻、6
77−680頁;Kobayashi,N.ら、Chem.Lett.1992
年,2031−2034頁;van Nostrum,C.F.ら、Angew
.Chem.Int.Ed.Eng.1994年,33巻,2173−2175
頁;Linssen,T.G.ら、J.Chem.Soc.,Chem.Com
mun.1995年,103−104;Duro,J.A.ら、Tetrahe
dron Lett.1995年,36巻,8079−8082頁;van N
ostrum,C.F.ら、J.Am.Chem.Soc.1995年,117
巻,9957−9965頁;Yilmaz,I.;Bekaroglu,O.C
hem.Ber.1996年,129巻,967−971頁;Kimura,M
.ら、Chem.Commun.1997年,1215−1216頁;Brew
is,M.ら、Chem.Eur.J.1998年,4巻,1633−1640
頁;Kimura,M.ら、Tetrahedron Lett.1998年,
39巻,8471−8474頁;Gonzalez,A.ら、Tetrahed
ron Lett.1999年,40巻,3263−3266頁)。しかし、短
アルキルエチニルを担持するフタロニトリルまたはテトラヒアフルバレン結合置
換基は、最近、リチウムペントキシド法を用いた対応のフタロシアニンに変換さ
れた(Terekhov,D.S.ら、J.Org.Chem.1996年、6
1巻、3034−3040頁;Wang,C.ら、J.Chem.Soc.,P
erkin Trans.2巻,1997年,1671−1678頁)。シライ
シ法およびリチウムペントキシド法は、両方とも、(ポルフィリン)4フタロシ
アニンおよび(ポルフィリン)8フタロシアニン星型アレイを製造するために使
用された(Li,J.ら、J.Org.Chem.1999年,64巻,909
0−9100頁;Li,J.J.Org.Chem.1999年、64巻、91
01−9108頁)。これらのポルフィリン−フタロシアニン・アレイについて
は、リチウムペントキシド法は、シライシ法より高い収率を与えた。Pd−結合
法および他の結合法は、ポルフィリン−フタロシアニン・ダイアドを製造するた
めに使用された(Yang,S.I.ら、J.Mater.Chem.2000
年,10巻,283−296頁;S.Gaspardら、J.Chem.Soc
.,Chem.Commun.,1986年,1239頁;T.−H.Tran
−Thiら、J.Phys.Chem.,1989年,93巻,1226頁;T
.−H.Tran−Thiら、J.Chim.Phys.,1991年,88巻
,1151頁;L.Li,ら、J.Chem.Soc.,Chem.Commu
n.,1991年,619頁;H.Tianら、J.Photochem.Ph
otobiol.A:Chem.,1993年,72巻,163頁;K.Dou
ら、J.Lumin.,1994年,465頁;H.Tianら、Chin.J
.Chem.,1996年,14巻,412頁;X.Liら、Chin.J.C
hem.,1998年,16巻,97頁;T.−H.Tran−Thi,Coo
rd.Chem.Rev.,1997年,160巻,53頁)。
【0203】 全般的合成攻略法は、以下のアプローチを含む。(1)ポルフィリンおよびフ
タロシアニン・モノマーの合成、(2)トリプルデッカーにおける適切な金属で
のポルフィリンおよびフタロシアニン・モノマーの変換、(3)トリプルデッカ
ーを電気活性表面に連結するために使用されるべき適切なリンカーの付着;およ
び(4)電気活性表面(例えば、金電極)での生じたナノ構造の指示された自己
組立て。
【0204】 以下の合成法は、ブロック構造を樹立するポルフィリンの合成のための基礎を
形成する。 (1)メソ置換ポルフィリンの室温1フラスコ合成(Lindseyら(198
7年)J.Org.Chem.52巻:827−836頁、Lindseyら、
(1994年)J.Org.Chem.59巻:579−587頁、Liら、(
1997年)Tetrahedron,53巻:12339−12360頁)。 (2)有機溶媒での増強された溶解性を達成するためにポルフィリンの周囲への
塊状基の組込み(LindseyおよびWagner(1989年)J.Org
.Chem.54巻:828−836頁)。 (3)2−4異なるメソ置換基を担持するポルフィリンの合成での主要樹立ブロ
ックであるジピロメタンの1フラスコ合成(LeeおよびLindsey(19
94年)Tetrahedron 50巻:11427−11440頁、Lit
tlerら、(1999年)J.Org.Chem.64巻:1391−139
6頁)。 (4)酸分解性スクランブリングなしのトランス置換ポルフィリンの合成(Li
ttlerら(1999年)J.Org.Chem.,64巻:2864−28
72頁)。 (5)4個までの異なるメソ置換基を担持するポルフィリンの合理的合成(Le
eら、(1995年)Tetrahedron 51巻:11645−1167
2頁;Cho,W.−S.ら、J.Org.Chem.1999年,64巻,7
890−7901頁)。 (6)ポルフィリンを結合するジフェニルエチン・リンカーを構築するための有
効なPd指向性結合反応(35℃、1−2時間で、60−80%収量)(Wag
nerら、(1995年)J.Org.Chem.,60巻:5266−527
3頁;Wagnerら、(1999年)Chem.Mater.11巻:297
4−2983頁)。
【0205】 1つの実施形態では、ポルフィリン樹立ブロックは、Wagnerら(199
6年)J.Am.Chem.Soc.,118巻:11166−11180頁、
Strachanら、(1997年)J.Am.Chem.Soc.,119巻
:11191−11201頁、Wagnerら(1996年)J.Am.Che
m.Soc.,118巻:3996−3997年、Liら、(1997年)J.
Mater.Chem.,7巻:1245−1262頁;Lindseyら、(
1994年)Tetrahedron,50巻:8941−8968頁;Wag
nerら、(1994年)J.Am.Chem.Soc.,116巻:9759
−9760頁;LindseyおよびWagner(1989年)J.Org.
Chem.,54巻:828−836頁;LeeおよびLindsey(199
4年)Tetrahedron,50巻:11427−11440頁;Wagn
erら(1995年)J.Org.Chem.,60巻:5266−5273頁
;Leeら、(1995年)Tetrahedron,51巻:11645−1
1672頁;Cho,W.−S.ら、J.Org.Chem.1999年,64
巻,7890−7901頁によって記述される方法を用いて合成される。
【0206】 好ましい実施形態では、エチニル置換フタロシアニンは、Yang,S.I.
;Li,J.;Cho,H.S.;Kim,D.;Bocian,D.F.;H
olten,D.;Lindsey,J.S.J.Mater.Chem.(2
000年)10巻,283−296頁、Mayaら(1999年)Chem.E
ur.J.5巻:2004−2013頁、またはTerekhovら(1996
年)J.Org.Chem.61巻:3034−3040頁に記述されるとおり
に製造される。
【0207】 チオールリンカーの選択および操作のための方法論は、Grykoら(199
9年)J.Org.Chem.64巻:8635−8647頁に記述された。
【0208】 記憶分子のための基準を形成する分子の合成は、モジュラー組立ブロックアプ
ローチを用いて行われる。このアプローチは、段階的合成(重合よりむしろ)を
使用し、そして非常に精製され、そして十分に特徴付けられた生成物を生じる。
1つのアプローチは、チップ中の電極の1つとして働く金基板に連結されうる一
連の酸化的還元活性「組立ブロック」(例えば、一連のモノマー性ポルフィリン
マクロサイクルまたはフェロセン構成要素)を利用する。製造される好ましいモ
ノマー性酸化的還元活性単位は、−0.2から1.3ボルト以下に入る異なる酸
化電位を示す。
【0209】 異なるフタロシアニン・リガンドから構成されるヘテロレプティックのダブル
デッカーは、数種の異なる方法で合成されうる。1つの方法は、1時間、クロロ
ナフタレン中の灌流で、Lu(OAc)3のような酢酸金属との2つの異なるジ
リチウム・フタロシアニン(Li2Pc1)および(Li2Pc2)の反応を含み、
そして(Pc1)Lu(Pc1)、(Pc1)Lu(Pc2)、および(Pc2)L
u(Pc2)の統計的混合物を得て、そしてそれは、その後、クロマトグラフィ
ーで分離される(Pondavenら(1991年)New J.Chem.,
15巻:515−516頁)。
【0210】 異なるフタロシアニン・リガンドから構成されるヘテロレプティックのダブル
デッカーに対する段階的方法は、製品分布を越える大きな制御を生じる。この段
階的方法では、数時間の間の灌流で、1,2,4−トリクロロベンゼン中のLi 2 Pc1およびM(acac)3.nH2Oの混合物の反応は、半サンドイッチ錯体
を得る。その後、後者を、灌流下で、フタロニトリルおよび1,8−ジアザビシ
クロ[5.4.0]ウンデセ−7−エン(DBU)およびn−ペンチルアルコー
ルで処理して、まったく選択的にヘテロレプティックの二重(Pc1)M(Pc2 )を得た(Jiangら(1998年)Inorg.Chim.Acta,26
8巻:141−144年、Jiangら(1999年)J.Porphyrin
s Phthalocyanines 3巻:322−328頁)。ポルフィリ
ン半サンドイッチ錯体で開始する同じアプローチは、ヘテロレプティックの(P
or)M(Pc)ダブルデッカーを得た(Jiangら(1998年)Poly
hedron 17巻:3903−3908頁)。
【0211】 (Por)M(Pc)ダブルデッカーの合成に対する固有のアプローチは、金
属陽イオンが、まったく大きい場合(例えば、La−Gd)、ポルフィリンとの
(Pc)M(acac)の反応を使用することによって、ある程度の選択性を達
成する。他方で、フタロシアニンとの(Pc)M(acac)の反応は、金属陽
イオンが、小さい場合(例えば、Er、LuおよびY)に使用される(Chab
achら(1995年)J.Am.Chem.Soc.117巻:8548−8
556頁)。
【0212】 ポルフィリンおよびナフトシアニンから構成されるヘテロレプティックのトリ
プルデッカーは、以下の方法で合成されうる。遊離塩基ポルフィリンの混合物は
、数時間、灌流で、1,2,4−トリクロロベンゼン中のM(acac)3.n
2Oで処理される。その後、フタロシアニン(Li2Pc)のジリチウム塩が添
加され、そして混合物を、さらなる期間灌流させる。連続クロマトグラフィーは
、所望の(Por)M(Pc)M(Por)および(Pc)M(Pc)M(Po
r)トリプルデッカーを得る(Jiangら(1998年)Inorg.Chi
m.Acta,268巻:49−53頁)。これは、形成される製品の分布の代
わりに、フタロシアニンでの金属および置換基の特性に関する非常に一般的方法
であり、そしてこのような広範多様なトリプルデッカーを製造するために使用さ
れた。
【0213】 異なる金属とのトリプルデッカー錯体は、以下の手段でも製造されうる。8時
間の灌流で、1,2,4−トリクロロベンゼン中の(Por)M2(acac)
錯体との(Por)M1(Pc)の反応は、CeおよびGd、CeおよびLu、
CeおよびY、およびLaおよびYの金属組合せと共に、(Por)M1(Pc
)M2(Por)トリプルデッカーを生じた(Chabachら、(1996年
)Angew.Chem.Int.Ed.Engl.35巻:898−899頁
)。
【0214】 トリプルデッカーフタロシアニンに対する新たな経路は、金属またはアロイと
、フタロニトリルとの反応を含む。注目すべき実施例は、フタロニトリルとのB
2Se3の反応によって提供されて、トリプルデッカー(Pc)Bi(Pc)B
i(Pc)を得る(Janczakら(1999年)Polyhedron,1
8巻:2775−2780頁)。
【0215】 1つの実施形態では、大型アレイにトリプルデッカーを結合させるための方法
は、Pd指向性反応を使用する。1つの例は、ヨード置換およびエチニル置換ポ
ルフィリン化合物の結合を含む(Wagnerら(1995年)J.Org.C
hem.60巻:5266−5273頁、Wagnerら(1999年)Che
m.Mater.11巻:2974−2983頁)。代わりに、Cadiot-Chodkie
wicz反応は、エチニル置換化合物の非対称結合を可能にし、そして非対称的置換
ブタジイン生成物を得る(EastmondおよびWalton(1972年)
Tetrahedron Lett.28巻:4591−4599頁、Elba
umら(1994年)Tetrahedron 50巻:1503−1518頁
、Montierthら(1998年)Tetrahedron 54巻:11
741−11748頁、Godt(1997年)J.Org.Chem.62巻
:7471−7474頁)。さらに別の例では、Suzukiカップリングが使用され
て、フェニレンまたはオリゴフェニル・リンカーを得る(HenselおよびS
chluter(1999年)Chem.Eur.J.5巻:421−429頁
)。
【0216】 付随官能基を有する数個のダブルデッカーまたはトリプルデッカーが製造され
た。付随基としては、以下のものが挙げられる。ジルオニウムビス(ポルフィリ
ン)に付着したキノン(Girolamiら(1996年)Angew.Che
m.Int.Ed.Engl.35巻:1223−1225頁)、リチウム・ビ
ス(フタロシアニン)に付着したラウムエーテル(IshikawaおよびKa
izu(1998年)Chem.Lett.183−184)、(Pc)Eu(
Por)Eu(Pc)トリプルデッカーのポルフィリン成分に付着したポルフィ
リン(ArnoldおよびJiang(1999年)Chem.Lett.48
3−484)。
【0217】 ここに例示され、そして実施例にある合成攻略法を用いて、当業者は、本発明
のデッカーで使用するための比較的複雑なデータ記憶分子を日常的に生成する。
【0218】 [C.記憶媒体のキャラクタリゼーション] いったん製造された記憶媒体分子(類)は、当業者によく知られる標準法によ
って特徴付けられうる。マルチポルフィリンナノ構造の特徴付けが記述された(
例えば、Strachanら、(1997年)J.Am.Chem.Soc.,
119巻:11191−11201頁;Wagnerら、(1996年)J.A
m.Chem.Soc.,118巻:3996−3997頁;Liら(1997
年)J.Mater.Chem.,7巻:1245−1262頁;Sethら(
1996年)J.Am.Chem.Soc.,118巻:11194−1120
7頁;Sethら(1994年)J.Am.Chem.Soc.,116巻:1
0578−10592頁)。好ましい実施形態では、電気化学的研究は、記憶媒
体のモノマー性および多ユニット構成要素の酸化的還元電位を確立するための環
状および方形波電流計を含む。塊状電気化学的酸化は、正孔−記憶許容性および
安定性を評価するために記憶材料の各々に行われる。吸収および振動性分光学的
方法が、中性および酸化材料の両方の構造および電子特性を評価するために使用
される。電子常磁性共鳴技術は、酸化された記憶分子の正孔−記憶および正孔−
可動性特徴を探り当てるために使用される。上の同定技術を用いて、記憶分子の
予想される性能特徴についてのベンチマーク(例えば、酸化電位、酸化的還元可
逆性、動的正孔−可動性特徴など)が、確かめられ得る。
【0219】 [D.標的基板での記憶媒体分子の自己組立] 好ましい実施形態では、記憶媒体を含む記憶分子は、基板(例えば、金のよう
な金属)に自己組立てするように設計される。ポルフィリンマクロサイクルのデ
ィスク様構造は、自己アセンブリを生じる。固形基板上のポルフィリンの自己組
立された単層は、よく知られており、そして集中的に研究された(例えば、Sc
hickら(1989年)J.Am.Chem.Soc.,111巻:1344
−1350頁、Mohwaldら(1986年)Thin Solid Fil
ms,141巻:261−275参照)。
【0220】 自己アセンブリのパターン上で制御を発揮するために、活性部位を担持する反
応性部位(例えばチオール)またはリンカーは、記憶分子に組込まれる(ナノ構
造)。反応性部位は、組織化された自己アセンブリ構造を付与する標的(例えば
、金電極)表面に結合する。メソ位置に付着したチオール誘導リンカーを有する
ポルフィリンの場合に、ポルフィリンは、水平方向に並ぶ。記憶分子の間の非共
有相互作用は、特に塊状アリール基が、ポルフィリンの各々に付着される場合に
は、一般に弱い。
【0221】 [VI.記憶デバイスへの書込み] 本発明のデータ記憶デバイスの好ましい実施形態では、情報は、適切な作動お
よび参照電極(複数)での、必要値の電位および一過性期間の使用を介して、特
定のメモリー位置に書き込まれて、所望のデジタル値を達成する。情報は、逆位
サインの電位の使用を介して消去されうる。
【0222】 基本的に改質された電極表面である小型サイズの各メモリー素子に大いに利益
がある。各メモリー素子が、半ミクロン寸法まで減じられる場合、表面の領域は
、ほんの数百のデータ記憶(例えば、ポルフィリン)分子の存在を可能にする。
ファラデーの法則、Q=nFN(式中、Qは、総電荷に等しく、nは、分子当た
りの電子の数に等しく、Fは、96,485クーロン/モルであり、そしてNは
、存在する電子活性種のモルの数である)を用いて、ほんの小さな荷電(1.6
×10-16C;1μsで通過する場合、およそ160pAの電流を生じる)が、
各ビットに対応して電子化学的荷電を変化させるために、通過しなければならな
いことが決定されうる。
【0223】 したがって、ほとんどの電子化学的実験の速度に対する固有の制限は、電極に
適切な電位をかける(充電電流、それは、exp(−t/RC)の時間依存性を
示す)ために必要とされる時間に依る。電極の静電容量が、それの領域に正比例
するので、半ミクロン寸法までのシステムの各素子の小型化は、大いにその速度
を増大する。例えば、0.1μm寸法を示す方形金電極は、およそ2×10-19
Fの静電容量を示し、そしてただ2ピコ秒のRC時定数を導く。この理由として
、電極充電電流は、これらのデバイスの最終性能を決定する上で微々たるもので
ある。
【0224】 データを書き込むために使用される電圧は、広範な源のいずれかから誘導され
うる。単一の実施形態では、電圧は、単に、電源からの出力でありうる。しかし
、好ましい実施形態では、電圧は、電子回路のある種の素子からの出力である。
電圧は、信号、論理状態の表現、ゲートから、光学変換器から、中央処理ユニッ
トからの出力および同等物でありうる。要するに、本発明のデバイスに電気的に
結合されうる実質的にあらゆる電源が、そこで記憶媒体にデータを書き込むため
に使用されうる。
【0225】 [VII.記憶デバイスからの読取り] 本発明の記憶デバイス(類)は、当業者によく知られる広範な方法のいずれか
によって読取られうる。基本的に、化合物の酸化状態を検出する任意の方法が、
本発明の方法に利用されうる。しかし、読み出しが、メモリーセル(類)の状態
の破壊である場合(例えば、あるメモリーの中で)、読取りは、好ましくは、続
いて記憶セルの酸化状態をリセットするリフレッシュである。
【0226】 図1および図2に示されるとおりの特に好ましい実施形態は、記憶セル100
の記憶媒体102は、作用電極を用いて、中性に設定される(例えば、システム
については0電位であるが、しかしそれは、接地に関しては真のゼロ電圧には無
い可能性がある)。その後、メモリーセルの酸化状態は、参照電極103におあ
る電位を変化させることによって(例えば、参照電極を、所望の電圧に対して負
に設定することによって)、設定される。その後、記憶セルの酸化状態を、作用
電極101を介して、(例えば、正弦波電圧電流計を用いて)測定する。この好
ましいフォーマットでは、酸化状態は、電流を測定することによって分析される
。作用電極101での電流を測定し、そしてその状態を参照電極103で設定す
ることによって、電位がかけられた場所では、測定が行われない。これは、酸化
状態を識別するのをいっそう簡単にする。電位が、それを通して電流が測定され
る電極にかけられた場合、不必要なノイズが、システムに導入される。
【0227】 [A.記憶媒体からの読取り] ここに記述されるとおりの記憶媒体の場合には、特定のメモリー位置からの情
報の読取りは、記憶素子の動的範囲を確立するために使用される全範囲じゅうの
電位を一掃することによって、極端に迅速に達成される。測定の忠実度は、個々
の記憶素子のどのくらい十分に酸化状態が測定されうるかに依存する。従来、電
子化学的方法は、パルス波形の使用を通して、時間ドメイン中のバックグランド
構成要素からファラデー信号を識別すること(すなわち、差動パルスポラログラ
フィー、方形波電圧計)によって、信号対ノイズ比を単に改善しうる。充電電流
が、ファラデー電流よりよりいっそう迅速に減少する(それぞれ、exp(−t
/RC)対t-1/2)ので、これらの方法は、時間ドメイン中の充電電流からファ
ラデー電流を識別する。しかし、解析的ファラデー電流は、充電電流から総体的
に識別されず、そして信号のほとんどは、サンプル採取が、パルス周期で後半に
行われるので、捨てられる。
【0228】 いっそう最近、正弦波電圧電流計(SV)は、電子化学的実験での従来の波形
より明らかな利点を有することが示された(SinghalおよびKuhr(1
997年)Anal.Chem.,69巻:1662−1668頁)。例えば、
サイクリックボルタンメトリーから生じるバックグランド電流(第一に充電電流
から構成される)は、方形波に類似し、そしてそれは、基礎的および奇数調波周
波数の両方で有為な強度を含む。対照的に、正弦波励起から生じる充電電流は、
基本的に中心に置かれるただ1つの周波数構成要素を有する一方で、ファラデー
電流は、多くの周波数にわたって分布される。各酸化状態からの信号が、高い周
波数同調の内の1つでの「ロッキング−イン」によって微調整されうるので、正
弦波励起のこの特徴は、電子分析的測定を簡素化する。最終的に、これが、行わ
れうる速度は、最終的にメガヘルツ周波数動作を導きうる酸化的還元反応の運動
によって制限されるのみである。
【0229】 ほとんどの電子化学的方法は、サンプル中に存在する化合物を識別し、そして
それにより測定についての選択性を生じるE1/2's(E1/2は、目的の分子の半
分が、特定の酸化状態に酸化されるか、または減少される電位である)の間の差
異に依るので、これは、多くの錯体マトリックスの分析のための電子化学的方法
の利用性をひどく制限した。対照的に、正弦波電圧電流計は、電子化学的測定に
おける別の選択性を得るために固形電極(k0、電子移行の速度は、同じ電極表
面での10桁以上の規模で変化しうる)で観察できる電子移行速度での莫大な多
様性を活用する。
【0230】 周波数スペクトルの組成は、電子移行の速度にきわめて依存する。正弦波(ま
たは他の時間変化)励起波形の周波数を調整することによって、非常に類似の電
子化学的特性を示す2つの分子の間を識別するために、この動的情報、並びに相
情報を使用することが可能になる。例えば、この技術は、銅電極での二本鎖DN
Aの直接的酸化の検出のために使用された(SinghalおよびKuhr(1
997年)Anal.Chem.,69巻:1662−1668頁)。これは、
標準ボルタンメトリー技術を用いた従来の電極で通常未検出である場合、正弦波
電圧電流計の使用は、1.0mM二本鎖DNAの測定を可能にする。6番目の調
和でのdsDNAのこのサイズについての濃度検出制限(S/N=3)は、3.
2pMである。吸着材料の単層のような低容量システムに結合された場合、これ
は、表面上の記憶媒体分子(類)の下位セプトモル(10-21モル)定量の検出
を可能にする。
【0231】 この手段は、リフレッシュ機構の不在下でメモリーを最終的に分解しうる。分
解のレベルは、許容しうる欠陥寛容性を確保するために最終的に使用される分子
の総数に依存する。しかし、分解問題を回避するために、リフレッシュサイクル
(読取り値にメモリーをリセットする書込みサイクル)は、各読取りサイクルが
完了した直後に、挿入されうる。
【0232】 [B.読取り/書込み分子メモリーについての装置] 上に示されるとおり、分子メモリーデバイスは、電流測定法(例えば、クルノ
アンペロメトリー)、電圧測定方法(例えば、クロノクーロメトリー)、ボルタ
ンメトリー法(例えば、線状掃引ボルタンメトリー、サイクリックボルタンメト
リー、パルス・ボルタンメトリー、正弦波ボルタンメトリーなど)、多様な静電
容積測定のいずれかおよび同等物を含めた広範多様な電子化学的技術のいずれか
によって読取られうる。このような読み出しは、時間および/または周波数ドメ
インで行われうる。
【0233】 1つの好ましい実施形態では、読み出しは、高速ポテンシオスタット/ボルタ
ンメトリーシステムを使用して達成される。このようなシステムは、マイクロ秒
時間規模でのメモリー素子を読取り、そして書込む能力がある。このようなシス
テムは、米国特許番号第5,650,061号で記述されるプロトタイプのシス
テムから改質されうる。
【0234】 図16で例示されるとおり、1ミクロン秒未満のRC時定数を示す電位差スタ
ットは、高速電圧駆動装置(例えば、ビデオ緩衝増幅器)を使用することによっ
て提供される。好ましいビデオ緩衝増幅器は、20MHzを越えて利用可能な帯
域を保持し、そして電圧および電流の間のゼロ相シフトに、励起信号での電圧お
よび電流を再調整するために使用される。作用電極の直前の励起信号この再調整
は、アルビトラリー波形合成装置(AWS)の関数発生器から導くケーブル中の
静電容量により導入されうるあらゆる相シフトを取り消す。電流監視装置の重要
な部分は、広いバンドop−ampである。非常に広い利得帯域幅積を有するo
p−ampを使用することによって、増幅器利得は、10,000に設定され得
て、そしてDCから約1MHzの上までで利用できる帯域をなお保持しうる。こ
れは、15kHzから5MHzまでの範囲にある周波数を越えて、1μmディス
クと同じくらい小さな電極からのインピーダンスデータの集合を可能にする。
【0235】 [VIII.コンピュータシステムにおける記憶デバイスの使用法] コンピュータシステムでの本発明の記憶デバイスの使用法が、熟視される。1
つのこのようなコンピュータシステムは、図17で例示される。コンピュータは
、信号源(例えば、110デバイスまたはCPU)、本発明の記憶デバイス、お
よび記憶デバイスの状態(複数)を読み出すための適切な電気回路の構成要素(
例えば、ボルタンメトリー法の電気回路の構成要素)を含む。操作時に、記憶さ
れるべきビットを表す電圧は、記憶デバイスの作用電極にかけられ、それにより
メモリーを設定する。検索が必要である(例えば、出力、または他の処理のため
に)場合、110電気回路の構成要素によって読取られ、そして情報は、コンピ
ュータでの他の要素(例えばCPU)に通されることによって読取られる。
【0236】 図17および図18は、標準コンピュータ・アーキテクチャーまたはコンピュ
ータシステム200に集積される本発明のメモリーデバイスを示す。システム2
00のハードウエアーは、プロセッサー(CPU)205、メモリー206(分
子メモリーデバイスを含みうる)、本発明の分子メモリーデバイスを含む持続記
憶208、およびローカルバスまたはインターフェース210に結合されたグラ
フィック使用者インターフェース(GUI)220のためのハードウエアーを含
みうる。持続メモリー208は、図6で示される分子を含みうる。システム20
0は、さらに、別のハードウエアー構成要素(図示せず)を含みうる。
【0237】 システム200は、例えば、パーソナルコンピュータまたはワークステーショ
ンでありうる。例えば、プロセッサー205は、80386、80386または
インテル社(カリフォルニア州サンタクララ)によって作製されるPentiu
m(商標)マイクロプロセッサーでありうる。メモリー206は、例えば、ラン
ダム−アクセス・メモリー(RAM)、読取専用メモリー(ROM)、仮想メモ
リー、分子メモリーまたはプロセッサー205によってアクセス可能な任意の他
の稼動記憶媒体または複数媒体を含みうる。持続記憶208は、ハードディスク
、フロッピー(登録商標)ディスク、光学または磁性光学ディスク、分子メモリ
ーまたは任意の他の持続記憶媒体を含みうる。GUI220は、使用者およびシ
ステム200の間の通信を促進する。それのハードウエアーは、視覚表示221
および選別器デバイス(マウス、キーボードなど)222を含む。視覚表示22
1を通して、システム200は、グラフィックおよびテキスチュアル出力を使用
者に送出しうる。選別器デバイス222から、システム200は、特定ウインド
ウ、メニューおよびメニューアイテムの使用者の選択を示す出力を受けうる。視
覚表示221は、例えば、陰極線管(CRT)または平面ディスプレースクリー
ン、または視覚実体ディスプレーのようなヘッド搭載ディスプレーを含む。選別
器デバイス222は、例えば、マウス、トラックボール、トラックパッド、スタ
イラス、ジョイスティックまたは同等物のような二次元点デバイスでありうる。
代わりに、またはさらに、セレクタデバイス222は、ファンクションおよびカ
ーソル制御キーを伴う英数字キーボードのようなキーボードを含みうる。
【0238】 システム200のソフトウエアーは、操作システム250およびアプリケーシ
ョンプログラム260を含む。システム200のソフトウエアーは、さらに、別
のアプリケーションプログラム(図示せず)を含みうる。操作システム250は
、例えば、インテル80386、80486、またはPentium(登録商標
)・プロセッサーを有するか、またはそれに匹敵するアイビーエムコンピュータ
(IBM PC)および互換性コンピュータのためのMicrosoft(登録
商標)のWindows95(登録商標)操作システムでありうる。代わりに、
操作システムは、分子メモリー素子を利用するオペレーションについて特化され
うる。アプリケーションプログラム260は、オペレーション・システムおよび
システム200アーキテクチャーに匹敵する任意のアプリケーションでありうる
。当業者は、広範なハードウエアーおよびソフトウエアー構成が、種々の特定の
実施形態で、本発明のシステムおよび方法を支持できると予想する。
【0239】 本発明は、以下の限定なしの実施例で大いに詳細に説明される。 [実施例1] 多ビット分子情報記憶のためのチオール誘導ユーロピウム・ポルフィリン性ト
リプルデッカーサンドイッチ錯体の合成 これらの実施例では、S−アセチルチオ誘導ポルフィリン−フタロシアニント
リプルデッカー分子の合成が記述される。トリメチルシリルおよび/またはヨー
ド基を担持する一組のトリプルデッカー樹立ブロックも製造される。2つのトリ
プルデッカー樹立ブロックを、結合させて、トリプルデッカーのS−アセチルチ
オ誘導ダイアドを得た。製造されたサンドイッチ錯体の全ては、配位金属として
ユーロピンを使用する。
【0240】 [結果および検討] ポルフィリン−フタロシアニントリプルデッカー樹立ブロック。電気活性表面
への付着部都合によりとしてのトリプルデッカー錯体を製造するために、チオー
ル誘導リンカーの組込みのための準備がなされなければならない。複数のトリプ
ルデッカーが、制御手段で一緒に結合される分子アーキテクチャーを製造するた
めに、トリプルデッカーに合成取扱いを組込むための準備がなされなければなら
ない。概念では、チオールリンカーおよび合成取扱いは、トリプルデッカーでの
ポルフィリンまたナフタロシアニン単位に固定されうる。ポルフィリンの合成化
学ナフタロシアニンのものよりいっそう十分に開発されているので、適切に機能
化されたポルフィリンの周囲に構築されるトリプルデッカー樹立ブロックが開発
された。1つのトリプルデッカー中の2つの官能化ポルフィリンから生じる可能
性のある任意の回転異性体を避けるために、1つのポルフィリンと2つのフタロ
シアニンから構成される分子が、製造された。このようなトリプルデッカーの2
つの異性体は、ポルフィリンが、サンドイッチの中間に配置されるか、または終
わりに配置されるかによって可能性がある。サンドイッチ(すなわち、(Pc)
M(Pc)M(Por))の末端にポルフィリンを有するトリプルデッカーの収
量が多いことを考えれば、この一般型のトリプルデッカー樹立ブロックの合成が
、実行された。
【0241】 トリプルデッカーを形成するための反応条件の過酷な特性は、トリプルデッカ
ーを形成する前にポルフィリン単量体中の保護チオール単位または他の感受性基
の組込みを妨げる。したがって、ヨード基またはエチニル基、またはヨードおよ
びエチニル基の両方を担持するトリプルデッカーの製造に焦点が当てられる。こ
れらの合成取扱いは、トリプルデッカー錯体を大型分子アレイへ同化させるか、
またはチオールリンカーの付着の機会を提供する。対応のトリプルデッカー樹立
ブロックを製造する際に使用されるべきポルフィリン樹立ブロックは、図19に
示される。
【0242】 混合ポルフィリン−フタロシアニン・サンドイッチ錯体を製造するための一般
的手段は、1,2,4−トリクロロベンゼン中の過剰のM(acac)3 .nH2
Oを有するポルフィリンを灌流させて、(ポルフィリン)M(acac)錯体を
得て、続いて連続灌流させながらジリチウム・フタロシアニン(Li2Pc)を
添加することを含む。しかし、まったく異なる製品分布が、むしろ類似の条件下
にある反応で得られた。これらには、唯一の生成物として(Por)M(Pc)
を(Chabach,D.ら、J.Am.Chem.Soc.1995年,11
7巻,8548−8556頁)、唯一の生成物として(Por)M(Pc)M(
Pc)を(Moussavi,M.ら、Inorg.Chem.1986年,2
5巻,2107−2108頁)、主要生成物としてLi[(Pc)M(Por)
]を(Jiang,J.ら、Chem.Ber.1996年,129巻,933
−936頁)が挙げられ、そして(Por)M(Pc)M(Por)および(P
c)M(Por)M(Pc)を含む生成物(Chabach,D.ら、New
J.Chem.1992年,16巻,431−433頁)、主要生成物として後
者の2つの種類の化合物を有する(Por)M(Pc)、(Por)M(Pc)
M(Por)および(Por)M(Pc)M(Pc)を含む生成物(Jiang
,J.ら、Inorg.Chim.Acta 1997年,255巻,59−6
4頁;Jiang,J.ら、Inorg.Chim.Acta 1998年,2
68巻,49−53頁)が挙げられる。生成物の分布は、金属並びにマクロサイ
クル上の置換基の特性にむしろ強力に依存するように見える。
【0243】 1,2,4−トリクロロベンゼン中の過剰のEu(acac)3 .nH2Oを用
いた5−(4−ヨードフェニル)−15−フェニル−10,20−ジ(p−トリ
ル)ポルフィリン(IPT−Por)の処理は、対応の(Por)Eu(aca
c)を得る。Li2Pcを用いた後者の処理は、(IPT−Por)Eu(Pc
)Eu(IPT−Por)、(Pc)Eu(IPT−Por)Eu(Pc)、(
Pc)Eu(Pc)Eu(IPT−Por)並びに痕跡量の(Pc)Eu(IP
T−Por)および(Pc)Eu(Pc)を含む混合物を得る(図20)。混合
物は、1つのシリカゲルカラムによって部分的に分離されて、(Pc)Eu(I
PT−Por)で混入された(IPT−Por)Eu(Pc)Eu(IPT−P
or)から優勢に構成されるバンドを得て、そしてポルフィリン(IPT−Po
r)[バンド1]で出発して、(Pc)Eu(IPT−Por)、そしてポルフ
ィリン(IPT−Por)[バンド2]で出発して、(Pc)Eu(IPT−P
or)Eu(Pc)[バンド3]、(Pc)Eu(Pc)Eu(IPT−Por
)[バンド4]、および(Pc)Eu(Pc)[カラムの頂点]を得る。1つの
SECカラム上を通過させることによってバンド1のさらなる精製で、純粋な(
IPT−Por)Eu(Pc)Eu(IPT−Por)を得た。バンド4の第二
のシリカカラムは、純粋な(Pc)Eu(Pc)Eu(IPT−Por)を得た
。単離した収量は、以下のとおりであった:(IPT−Por)Eu(Pc)E
u(IPT−Por)(17%)、(Pc)Eu(IPT−Por)Eu(Pc
)(1%)、および(Pc)Eu(Pc)Eu(IPT−Por)(14%)。
(IPT−Por)Eu(Pc)Eu(IPT−Por)の単離収量は、同じ種
類のトリプルデッカー錯体についてJiangらによって報告される60%より
実質的に低いが、これらの結果は、Jiangら、上記のものにある程度類似す
る。さらに、トリプルデッカー錯体(Pc)Eu(Pc)Eu(IPT−Por
)に加えて、我々は、比較的低い収量にはあるが、異性体トリプルデッカー錯体
(Pc)Eu(IPT−Por)Eu(Pc)も単離した。
【0244】 同じ反応条件は、3つの他のポルフィリンで使用され、そして類似生成物分布
が得られた。各反応から得られるトリプルデッカーの単離収量に関する結果は、
表3に要約される。各場合に、合成ハンドル(ヨード、TMS−エチン)の分解
がないことは注目される。非常に温和な条件下でさえ、塩基に対するTMS基の
信頼性(Wagner,R.W.ら、J.Am.Chem.Soc.1996年
,118巻,11166−11180頁)を考えると、これらの反応条件に対す
るトリメチルシリルエチニル基の安定性は、驚くべきである。このアプローチは
、図21に示されるとおり、一般構造(Pc)Eu(Pc)Eu(Por)の多
量の樹立ブロックトリプルデッカー錯体を得た。トリプルデッカー(Pc)Eu
(Pc)Eu(ET−Por)および(Pc)Eu(Pc)Eu(EB−Por
)のTMS−エチニル基の脱保護は、それぞれ、対応のエチニルトリプルデッカ
ー(Pc)Eu(Pc)Eu(E’T−Por)および(Pc)Eu(Pc)E
u(E’B−Por)を得た。
【0245】
【表3】
【0246】 チオール誘導ポルフィリン−フタロシアニントリプルデッカー錯体の合成。分
子情報記憶デバイスでの使用のために、トリプルデッカー錯体は、金表面のよう
な電気活性材料に付着されなければならない。金の上でインサイチュで切断され
る種々のチオール保護基の中でも、S−アセチル基は、特にポルフィリン化合物
の付着について、理想的であると思われた(Gryko,D.T.ら、J.Or
g.Chem.1999年,64巻,8635−8647頁)。S−アセチルチ
オ基を、トリプルデッカー核に導入する2つの異なるアプローチが探査された。
【0247】 1つの場合には、ヨード置換トリプルデッカー(Pc)Eu(Pc)Eu(I
PT−Por)および4−エチニル−1−(S−アセチルチオ)ベンゼンを、塩
基N,N−ジイソプロピルエチルアミンの存在下で、Pd依存性結合条件(Pd
(PPh32Cl2、CuI)下で結合させた(図22)。S−アセチルチオ基
は、Pd結合反応で一般に使用される塩基(ジエチルアミン、トリエチルアミン
)のいくつかの存在下での切断を受けるので、N,N−ジイソプロピルエチルア
ミンを使用し(Pearson,D.L.;Tour,J.M.J.Org.C
hem.1997年,62巻,103076−1387頁)、そして切断生成物
で、反応混合物に見られるものはなかった。2つのシリカカラムを介した精製は
、50%収率で、所望のS−(アセチルチオ)誘導トリプルデッカーを得た。
【0248】 先に、銅共触媒の使用を避ける、Pd結合反応(Pd2(dba)3、AsPh 3 またはトリ−o−トリルホスフィン)下でヨードおよびエチニル置換ポルフィ
リン樹立ブロックを結合するための温和な条件はが開発された。銅は、Pd依存
性結合反応を加速させるが、しかし付随的な金属化(Wagner,R.W.ら
、J.Org.Chem.1995年,60巻,5266−5273頁;Wag
ner,R.W.ら、Chem.Mater.1999年,10巻,2974−
2983頁)を避けるために、遊離塩基ポルフィリンから構成されるマルチポル
フィリンアレイの合成で削るにちがいない。ランタニドトリプルデッカー錯体の
強力な配位により、銅金属化または金属化移行から生じる通常の副作用は、予想
されない。実際に、きれいな銅遊離生成物は、Pd結合反応の間に銅塩の存在下
で得られる。
【0249】 第二の場合には、エチニル置換トリプルデッカー(Pc)Eu(Pc)Eu(
EB−Por)および4−ヨード−1−(S−アセチルチオ)ベンゼンを、ポル
フィリン樹立ブロックを結合させるために使用されるPd結合条件(Pd2(d
ba)3、トリ−o−トリルホスフェン)下で結合させた(図23)。銅は、ブ
タジイン結合生成物を導くホモ結合を促進し、そしてそのような生成物は、これ
らの条件下で最小化されうることが知られている。粗反応混合物のレーザー脱着
質量スペクトルの試験は、それぞれ、未知種および所望の生成物に対応する2つ
の優勢なピークを表した(m/z2179,2287)。カラムクロマトグラフ
ィーは、2つの別々の種を得た。先の種の1H NMR分析は、アセチル部位と
一致する鋭敏な一重線(2.86ppm、3H)を表した。この種は、エチニル
置換トリプルデッカー出発材料のアセチル化誘導体と称された。この副反応は、
トリプルデッカー錯体に付着されるエチニル基の4−ヨード−1−(S−アセチ
ルチオ)ベンゼン(またはそこから誘導される生成物)のエチニル基によるアセ
チル化のせいである。所望のS−アセチルチオ誘導トリプルデッカー2は、19
%収率で得られ、そしてそれは、同じ条件下での2つのポルフィリン単量体の間
の反応での典型的な収率(50〜60%)に比べてまったく低い。アセチル化ト
リプルデッカー副産物を形成することを避ける最も簡単な方法は、エチニル−置
換トリプルデッカー錯体よりむしろヨード−を使用することである。
【0250】 トリプルデッカーのチオール誘導ダイアドを生じるためのSonogashiraカップ
リング。情報記憶のためのチオール誘導トリプルデッカーの使用は、4つの陽イ
オン状態に接近し、それにより2ビットの情報を記憶する機会を提供する。1つ
のメモリー記憶位置に別の情報を記憶するために、各々の4つの酸化電位が、櫛
様手段で交互配置される2つの異なるトリプルデッカーが用いられて、8つの陽
イオン状態に接近し、そしてそれにより3ビットの情報を記憶しうる。代わりに
、2つのトリプルデッカーが、1つの分子アーキテクチャーに組込まれうる。分
子アーキテクチャーで複数酸化的還元活性基を組込むことに少なくとも2つの利
点がある。(2)メモリー記憶セル中の情報記憶分子の同質の集団の被覆は、異
なる型の分子の混合物の同時被覆で起りうるような分別効果にかけられない。(
2)垂直スタックでの酸化的還元活性単位の位置決めは、各々が単層中の1つの
酸化的還元活性単位を担持するチオール誘導分子の混合物の同時被覆により可能
であるより所定の型の酸化的還元活性分子の高い濃度を可能にする。このような
利点を探査するために、トリプルデッカーのダイアドの合成が、追跡された。
【0251】 所望のダイアドに対する2つの経路は、十分に認識される。1つの経路では、
S−(アセチルチオ)置換エチニルベンゼンを、ヨード/TMS−エチニルトリ
プルデッカーと結合させ、その後、TMS切断後、S−(アセチルチオ)置換エ
チニルトリプルデッカーを、ヨードトリプルデッカーと反応させる。この経路は
、合成計画の初期段階で保護チオール部分を導入する。相補的経路は、エチニル
トリプルデッカーとヨード/TMS−エチニルトリプルデッカーとの結合で開始
して、TMS切断およびS−(アセチルチオ)置換ヨード・エチニルベンゼンと
の反応に続いてダイアドを作る。後者の経路は、合成計画の最終段階でチオール
リンカーを導入し、そしてS−(アセチル)保護チオフェノール部分の取扱いを
最小限にする上で魅力的である。この後者経路は、以下の合成に使用された。
【0252】 Pd−依存性結合条件(Pd(PPh32Cl2、CuI)下で、(Pc)E
u(Pc)Eu(E’T−Por)を用いたトリプルデッカー(Pc)Eu(P
c)Eu(IET−Por)の処理は、ブタジイン結合ダイアドと一緒に所望の
エチン結合ダイアドを得た(図24A)。2つのダイアドは、SECによって反
応混合物の他の構成要素から容易に分離されたが、しかし、ブタジイン結合ダイ
アドからエチン結合ダイアドを分離する全ての試みは、失敗した。その後、ダイ
アドの混合物を、K2CO3で処理して、トリメチルシリル基を切断した。4−ヨ
ード−1−(S−アセチルチオ)ベンゼンを用いた連続結合は、S−アセチルチ
オ誘導ダイアドの対応の混合物を得た。この段階で、第一の結合反応から生じる
ブタジイン結合ダイアドは、うまく除去された。エチン結合ダイアドは、3.8
%収率で得られた。ホモ結合ダイアドで、4−ヨード−1−(S−アセチルチオ
)ベンゼンとの反応で得られたものはなかったことは興味深い。これは、エチニ
ルダイアドのジ重合と比べて、4−ヨード−1−(S−アセチルチオ)ベンゼン
とのエチニルダイアドの早い反応のためである可能性がある。
【0253】 しかし、(Pc)Eu(Pc)Eu(E’T−Por)の自己結合を避けるた
めに、代替的銅不含結合条件(Pd2(dba)3、P(o−tol)3、銅なし
)が、エチン結合ダイアド(E−ダイアド−1)を製造するために使用された(
図24B)。我々は、先に、これらの銅不含Pd依存性結合条件下で一連のマル
チポルフィリンアレイを製造し、そして自己結合生成物は観察されなかった(R
.Wagnerら、Chem.Mater.1999年,10巻,2974−2
983頁;R.Wagnerら、J.Am.Chem.Soc.1996年,1
18巻,11166−11180頁)。したがって、銅不含Pd依存性結合条件
下で(Pc)Eu(Pc)Eu(E’T−Por)を用いた(Pc)Eu(Pc
)Eu(IET−Por)の処理で、44%収率で所望のエチン結合ダイアド(
E−ダイアド−1)を得て、そしてブタジイン結合ダイアドで検出されたものは
なかった。K2CO3を用いたE−ダイアド−1の処理で、83%収率でE’−ダ
イアド−1を得た。1−(S−アセチルチオ)−4−ヨードベンゼンを用いた連
続結合(Pd(PPh32Cl2、CuI)で、S−アセチルチオ誘導ダイアド
(ダイアド−1)、E’−ダイアド−1のアセチル化産物、並びにE’−ダイア
ド−1から誘導される追跡量の自己結合産物を含む混合物を得た。1回の吸着カ
ラム(アセチル化産物の除去)、続いて1回のSECカラム(ブタジエン結合副
産物の除去)で、22%収率で純粋なダイアド−1を得た。
【0254】 ブタジイン結合ダイアドを生じるGlaserカップリング。我々は、(1)エチニ
ルトリプルデッカーを用いてGlaserカップリングを行う実行可能性を調べ、そし
て(2)トリプルデッカーの二量体の溶液電気化学を調べるために、ブタジイン
結合二量体(ダイアド−2)を製造することを求めた。対称的ジインの製造のた
めに、修飾エグリントン−Glaserカップリング(CuCl/CuCl2の存在下
で)は、用途が増大していることが分かった(D.O'Kronglyら、J.
Am.Chem.Soc.1985年,107巻,5544−5545頁)。し
かし、室温で、アミンの不在または存在下でDMF中でのCuCl/CuCl2
を用いたE’−ダイアド−1の処理は、24時間後でさえ追跡量の生成物を付与
したのみである。広範な末端アルキンと共に、優れたから、素晴らしいまでの収
量を付与するヨウ素の存在下での末端アルキンのPd(II)−Cu(I)触媒
自己結合が、導入された(Q.LiuおよびD.Burton、Tetrahe
dron Lett.1997年,38巻,4371−4374頁)。したがっ
て、トルエン/N,N−ジイソプロピルアミン(5:1)中の0.5モル当量(
E’−ダイアド−1のモル当たり)のヨウ素の存在下で、Pd(PPh32Cl 2 およびCuIを用いたE’−ダイアド−1の処理で、89%収量で所望のダイ
アド−2を得た(図25)。反応を除き、そして生成物は、単一吸着カラム、続
いて1回のSECカラムによって容易に分離された。
【0255】 ポルフィリン−フタロシアニン混合トリプルデッカー錯体の特徴付け。各トリ
プルデッカー錯体は、LD−MS、UV−可視および1H NMR分光測定法に
よって特徴づけられた。一般構造(Pc)Eu(Por)Eu(Por)のトリ
プルデッカー錯体のUV−可視スペクトルは、類似のトリプルデッカーのものに
似ている(Jiang,J.ら、Inorg.Chim.Acta 1997年
,255巻,59−64頁;Jiang,J.ら、Inorg.Chim.Ac
ta 1998年,268巻,49−53頁)。341−354nmおよび41
5−420nmでの吸収は、それぞれ、フタロシアニンおよびポルフィリンのソ
レット・バンドに特徴があるとされうる。可視領域での残りの吸収バンドナフタ
ロシアニンのQバンドに主に特徴があるとされた。(Por)Eu(Pc)Eu
(Por)から(Pc)Eu(Pc)Eu(Por)への移動で、Por対Pc
の比は、2から1/2に減少し、そしてポルフィリンによって寄与した吸収強度
も、対応して減少した。しかし、錯体のスペクトルは、単に、生じた成分の総計
ではない。例えば、2種類の上記錯体の各々で、341−354nmでの吸収は
、マクロサイクルの間の相互作用のため、最大のままである。他方で、トリプル
デッカー(Pc)Eu(Por)Eu(Pc)は、(Pc)Eu(Pc)Eu(
Por)と同じ組成を示すが、異なる吸収スペクトルを表示し、そして異なる構
造に関してマクロサイクルの間の異なる相互作用を示した。(Pc)Eu(Po
r)Eu(Pc)の吸収スペクトルは、同じ種類のセリウム(III)トリプル
デッカー錯体について報告されたものと一致している(Chabach,D.ら
、New J.Chem.1992年,16巻,431−433頁)。
【0256】 LD−MSは、混合ポルフィリン−フタロシアニン・サンドイッチ錯体の組成
を同定するために非常に有効であることが分かった。従来の補助のマトリックス
なしに、スペクトルを収集した。ほとんどの場合に、トリプルデッカー(Por
)Eu(Pc)Eu(Por)および(Pc)Eu(Por)Eu(Pc)は、
分子イオンピークのみを表示する。対照的に、(Pc)Eu(Pc)Eu(Po
r)のようなトリプルデッカー錯体は、[(Pc)Eu(Pc)]+ および[
Eu(Por)]+に対応する親分子イオンピークおよび2つの別の断片ピーク
を示す。
【0257】 CDCl3で記録されるトリプルデッカー錯体全ての1H NMRスペクトルは
、価値ある構造情報を導く中程度に分解されたスペクトルを示した。トリプルデ
ッカー(Por)Eu(Pc)Eu(Por)の共鳴パターンは、Jiangら
、上述によって報告されるのと同じ型の化合物のものに一致する。2つのポルフ
ィリンの間に挟まれたフタロシアニンのαおよびβ電子は、δ 12.73− 12.75および10.65−10.67ppmの範囲にある保護を非常に排除
された広範な信号を示した。ポルフィリンのフェニル基から生じる信号の数は、
C(メソ)−C(フェニル)についての制限された回転があることを示す。集積
化と共にこれらの結果は、2つの常磁性金属中心が、2つの外側ポルフィリンと
、1つの内側フタロシアニンマクロサイクルの間に挟まれるトリプルデッカー構
造(Por)Eu(Pc)Eu(Por)と一致する。 (Pc)Eu(Pc)Eu(Por)の1H NMRデータは、この種類のトリ
プルデッカー錯体の非対称で層化された構造と一致する。δ 12.95−12
.98、11.06−11.11、10.10−10.13および8.72−8
.75ppmの匹敵する強度での4つの広範な共鳴は、2つの非当量フタロシア
ニンのαおよびβ電子から生じる(1つは内側、1つは外側)。非対称的構造は
、さらに、[(Pc)Eu(Pc)]+および[Eu(Por)]+に入れられた
2つの強力なピークも、分子イオンピークに加えて観察されるLD−MSスペク
トルによって支持された。マクロサイクルのこの配列は、2つのフタロシアニン
および1つのポルフィリンを含むポルフィリン−フタロシアニントリプルデッカ
ーのほとんどについて報告される構造に一致する(Moussavi,M.ら、
Inorg.Chem.1986年,25巻,2107−2108頁;Jian
gら、上記)。
【0258】 対照的に、一般構造(Pc)Eu(Por)Eu(Pc)のトリプルデッカー
1H NMRスペクトルナフタロシアニンのαおよびβ電子にかけられたのと
同じ強度で、9.59−9.71および8.05−8.22ppmでただ2つの
ピークを示し、そして対称構造の錯体を示唆した。
【0259】 製造された全てのポルフィリン−フタロシアニンサンドイッチ化合物は、合成
および経路取扱いについて記述された条件下で安定である。さらに、フタロシア
ニンの安定性が乏しいのと対照的に、ポルフィリン−フタロシアニン・サンドイ
ッチ錯体は、トルエン、クロロホルムおよびTHFのような一般的有機溶媒で十
分な溶解性を示す。改善された安定性は、トリプルデッカー中の末端リガンドの
積層構造および平坦でない立体のせいにされ、そしてそれは、凝集を抑制する。
【0260】 [実験セクション] 全般。1H NMRスペクトル(300MHz)および吸収スペクトル(HP 8451A、カリー3)は、日常的に採取された。ポルフィリン−フタロシア
ニン・サンドイッチ錯体が、レーザー脱着(LD−MS)マス分光測定法(バー
カープロフレックスII)およびJEOL(日本、東京)HX110HFマスス
ペクトロメーターでの高分解能高速原子衝撃(FAB)によって分析された。商
用的源は、ジリチウム・フタロシアニン(アルドリッチ(Aldrich))、
Eu(acac)3 .nH2O(アルファ・アエサー(Alfa Aesar))
およびPd(PPh32Cl2(アルドリッチ)を供給する。特に示されない限
り、全ての他の試薬は、アルドリッチ・ケミカル・カンパニー(Aldrich
Chemical Company)から得られ、そして全ての溶媒は、フィ
ッシャー・サイエンティフィック(Fisher Scientific)から
得られた。5−(4−ヨードフェニル)−15−フェニル−10,20−ジ(p
−トリル)ポルフィリン(IPT−Por)、5,10,15−トリス[(4−
tert−ブチル)フェニル]−20−[4−(2−(トリエチルシリル)エチ
ニル)フェニル]ポルフィリン(EB−Por)、5−(4−ヨードフェニル)
−15−[4−(2−(トリメチルシリル)エチニル)フェニル]−10,20
−ジ(p−トリル)ポルフィリン(IET−Por)、および5,10,15−
トリ(p−トリル)−20−[4−(2−(トリメチルシリル)エチニル)フェ
ニル]ポルフィリン(ET−Por)は、示性合成法(Choら、1999年、
J.Org.Chem.64巻、7890−7901頁)によって製造された。
【0261】 クロマトグラフィー。フラッシュ・シリカゲル(バーカー(Baker)、6
0−200メッシュ)を用いて、吸着カラムクロマトグラフィーを行った。分取
規模サイズ排除クロマトグラフィー(SEC)は、バイオラッド・バイオ−ビー
ズSX−1を用いて行われた。分取規模ガラスカラム(4.8×60cm)は、
THF中のバイオ−ビーズSX−1を用いて充填し、そして重力フローで溶出さ
せた。精製に続いて、SECカラムを、2倍容積に等しいTHFで洗浄した。
【0262】 溶媒。全ての溶媒を、使用前に標準法で乾燥させた。CH2Cl2(フィッシャ
ー、溶媒グレード)およびCHCl3(フィシャー、保証済ACSグレード、0
.75%エタノールで安定化された)を、K2CO3から蒸留させた。THF(フ
ィッシャー、保証済ACS)を、ナトリウムから蒸留させ、そしてトリエチルア
ミン(フルカ(Fluka)、ピュリス(puriss))を、CaH2から蒸
留した。ピロール(アクロス(Acros))を、大気圧で、CaH2から蒸留
させた。全ての他の溶媒は、保存液として使用された。
【0263】 IPT−Porの反応でのトリプルデッカーの作製。1,2,4−トリクロロ
ベンゼン(40mL)中の5−(4−ヨードフェニル)−15−フェニル−10
,20−ジ(p−トリル)ポルフィリン(154mg、0.2ミリモル)および
Eu(acac)3 .nH2O(301mg、0.6ミリモル)の混合物を、灌流
するまで加熱し、そして4時間、アルゴン下で攪拌した。生じたチェリーレッド
の溶液を、室温まで冷却し、その後Li2Pc(160mg、0.3ミリモル)
を添加した。混合液を、さらに5時間灌流させ、その後、揮発性成分を真空で除
去した。残渣を、CHCl3に溶解させ、そして同じ溶媒で充填したシリカゲル
カラムにかけた。CHCl3での溶出で、4つのバンドを付与した。第一のバン
ド(オリーブ−茶色)は、主にトリプルデッカー錯体(IPT−Por)Eu(
Pc)Eu(IPT−Por)および未反応ポルフィリン出発材料を含有した。
第二のバンド(赤色)は、主に、ポルフィリン出発材料および痕跡量のダブルデ
ッカー錯体(Pc)Eu(IPT−Por)を含有した。第三のバンド(黒色)
は、トリプルデッカー錯体(Pc)Eu(IPT−Por)Eu(Pc)を含有
した。最後のバンド(緑色)は、トリプルデッカー錯体(Pc)Eu(Pc)E
u(IPT−Por)およびダブルデッカー錯体(Pc)Eu(Pc)を含有し
た。
【0264】 収集された第一のバンドを、THFに再溶解させ、そしてSECカラムにかけ
た。同じ溶媒を用いた溶出で、第一のバンド(緑がかった茶色)として(IPT
−Por)Eu(Pc)Eu(IPT−Por)を付与し、そしてそれは、溶媒
の除去およびCH3OHでの洗浄の後、緑かかった黒色固形物を付与した(40
mg、17%)。1H NMR(CDCl3)δ 2.96(s,12 H), 3.91−3.95(m,16 H),4.63−4.86(m,8H),6.
56(m,4 H),6.76(m,2 H),7.09,7.11(m,2H
),8.10(m,2 H),8.88(m,4H),9.13(m,2H),
9.49(m,2H),10.65(bs,8 H),11.67(bs,4 H),11.91(bs,2H),12.73(bs,8 H);LD−MS C12478216Eu2として計算されたav質量2349.8,実測値235
5.1;λabs355,420,491,606,657nm。
【0265】 収集された第三のバンドも、THFに再溶解させ、そしてSECカラムにかけ
た。THFを用いた溶出で、第二のバンド(黒色)として(Pc)Eu(IPT
−Por)Eu(Pc)を付与し、そしてそれを、溶媒の除去およびCH3OH
での洗浄の後、緑かかった黒色固形物を付与した(4mg、1%)。1H NM
R(CDCl3)δ 4.13(s,6H),8.08(bs,16H),8.
35(s,1H),9.58(bs,16H),9.91(bs,5H),10
.11(m,2H),10.47(m,2H),11.96(bs,8H),1
3.90−14.09(m,7H);LD−MS C11063IN20Eu2につい
て計算されたav質量2095.7、実測値2098.1;λabs343,4 44,517,626,652nm。
【0266】 収集された最後のバンド(緑色)を、トルエンに再溶解させ、そして同じ溶媒
で充填された短いシリカゲルカラムにかけた。トルエンでの溶出で、(Pc)E
u(Pc)Eu(IPT−Por)を含む第一のバンド(緑がかった青色)を付
与し、そしてそれを、溶媒の除去およびCH3OHでの洗浄の後、緑色固形物を
付与した(59mg,14%)。1H NMR(CDCl3)δ 2.98(s ,6 H),3.18,3.22(m,8 H),4.72−4.92(m,4
H),6.55(d,J=7.2Hz,2H),6.75(t,J=7.2Hz
,1H),7.12(d,J=7.5Hz,1H),8.14(m,1H),8
.73(bs,8 H),9.08(m,2H),9.29(m,1H),9.
68 m,1H),10.11(bs,8H),11.08(bs,8H),1
2.19(bs,3H),12.40(m,1H),12.96(bs,8H)
;LD−MS C11063IN20Eu2について計算されたav質量2095.7
,実測値 2098.8(M+),1177.[M+−(IPT−Por)Eu]
,919.3(M+−(Pc)Eu(Pc));λabs 342,414, 522,617,721nm。
【0267】 EB−Porの反応におけるトリプルデッカーの作製。1,2,4−トリクロ
ロベンゼン(20mL)中の5,10,15−トリス[4−(tert−ブチル
)フェニル]−20−[4−(2−(トリメチルシリル)エチニル)フェニル]
ポルフィリン(88mg,0.10ミリモル)およびEu(acac)3 .nH2
O(150mg、0.3ミリモル)の混合物を、灌流するまで加熱し、そして4
時間、アルゴン下で攪拌した。生じたチェリーレッドの溶液を、室温まで冷却し
、その後Li2Pc(80mg、0.15ミリモル)を添加した。混合液を、さ
らに5時間灌流させ、その後、溶媒を真空で除去した。残渣を、CHCl3に溶
解させ、そして同じ溶媒で充填したシリカゲルカラムにかけた。CHCl3での
溶出で、4つのバンドを付与した。第一のバンド(オリーブ−茶色)は、主にト
リプルデッカー錯体(EB−Por)Eu(Pc)Eu(EB−Por)および
未反応ポルフィリン出発材料を含有した。第二のバンド(赤色)は、主に、ポル
フィリン出発材料および痕跡量のダブルデッカー錯体(Pc)Eu(EB−Po
r)を含有した。第三のバンド(黒色)は、トリプルデッカー錯体(Pc)Eu
(EB−Por)Eu(Pc)を含有した。最後のバンド(緑色)は、トリプル
デッカー錯体(Pc)Eu(Pc)Eu(EB−Por)およびダブルデッカー
錯体(Pc)Eu(Pc)を含有した。
【0268】 収集された第一のバンドを、THFに再溶解させ、そしてSECカラムにかけ
た。同じ溶媒を用いた溶出で、第一のバンド(緑がかった茶色)として(EB−
Por)Eu(Pc)Eu(EB−Por)を付与し、そしてそれは、溶媒の除
去およびCH3OHでの洗浄の後、緑かかった黒色固形物を付与した(34mg
、26%)。1H NMR(CDCl3)δ 0.62(s,18H),1.8 9(s,54H),3.83−4.03(m,16H),4.76(m,9H)
,6.71(m,6H),6.84(m,2H),9.00(bs,6H),9
.19(m,2H),10.65(bs,8H),11.46−11.60(m
,8H),12.73(bs,8H);LD−MS C15413616Si2Eu2 として計算されたav質量 2571.0、実測値2574.1;λabs3 55,421,493,559,606nm。
【0269】 収集された第三のバンドも、THFに再溶解させ、そしてSECカラムにかけ
た。THFを用いた溶出で、第二のバンド(黒色)として(Pc)Eu(EB−
Por)Eu(Pc)を付与し、そしてそれを、溶媒の除去およびCH3OHで
の洗浄の後、黒色固形物を付与した(3.5mg、1.6%)。1H NMR(
CDCl3)δ 0.85(s,18H),2.89,2.94(m,26H)
,8.05(bs,16H),9.59(bs,16 H),9.99(m,2
H),10.10(m,4 H),11.98−12.20(m,4H),13
.52(m,2H),13.68(m,4 H);LD−MS C1259420
SiEu2として計算されたav質量2206.2、実測値 2209.1;λ
abs 343,416,519,625,653nm。
【0270】 収集された最後のバンド(緑色)を、トルエンに再溶解させ、そして同じ溶媒
で充填された短いシリカゲルカラムにかけた。トルエンでの溶出で、第一のバン
ド(緑がかった青色)(Pc)Eu(Pc)Eu(EB−Por)を付与し、そ
してそれを、溶媒の除去およびCH3OHでの洗浄の後、緑色固形物を付与した
(20mg,9.1%)。1H NMR(CDCl3)δ 0.68(s,9H ),1.86(m,27H),3.20−3.29(m,8H),4.71−4
.91(m,4H),6.67(m,3H),6.91(m,1H),8.72
(bs,8H),9.08−9.16(m,3H),9.41(m,1H),1
0.10(bs,8 H),11.10(bs,8H),11.69(m,2H
),11.88(m,1H),12.16(m,1H),12.97(bs,8
H);LD−MS C1259220SiEu2について計算されたav質量 22
06.2、実測値2117.1(M+),1181.4[M+−(EB−Por)
Eu],919.3(M+−(Pc)Eu(Pc));λabs 342,4 17,522,552,618,721nm。
【0271】 IEP−Porの反応でのトリプルデッカーの作製。1,2,4−トリクロロ
ベンゼン(20mL)中の5−(4−ヨードフェニル)−15−[4−(2−(
トリメチルシリル)エチニル)フェニル]−10,20−ジ(p−トリル)ポル
フィリン(261mg、0.30ミリモル)およびEu(acac)3 .nH2
(450mg、0.9ミリモル)の混合物を、灌流するまで加熱し、そして4時
間、アルゴン下で攪拌した。生じたチェリーレッドの溶液を、室温まで冷却し、
その後Li2Pc(240mg、0.45ミリモル)を添加した。混合液を、さ
らに5時間灌流させ、その後、溶媒を真空で除去した。残渣を、CHCl3に溶
解させ、そして同じ溶媒で充填したシリカゲルカラムにかけた。CHCl3での
溶出で、4つのバンドを付与した。第一のバンド(オリーブ−茶色)は、主にト
リプルデッカー錯体(IET−Por)Eu(Pc)Eu(IET−Por)お
よび未反応ポルフィリン出発材料を含有した。第二のバンド(赤色)は、主に、
ポルフィリン出発材料および痕跡量のダブルデッカー錯体(Pc)Eu(IET
−Por)を含有した。第三のバンド(黒色)は、トリプルデッカー錯体(Pc
)Eu(IET−Por)Eu(Pc)を含有した。最後のバンド(緑色)は、
トリプルデッカー錯体(Pc)Eu(Pc)Eu(IET−Por)およびダブ
ルデッカー錯体(Pc)Eu(Pc)を含有した。
【0272】 収集された第一のバンドを、THFに再溶解させ、そしてSECカラムにかけ
た。同じ溶媒を用いた溶出で、第一のバンド(緑がかった茶色)として(IET
−Por)Eu(Pc)Eu(IET−Por)を付与し、そしてそれは、溶媒
の除去およびCH3OHでの洗浄の後、緑かかった黒色固形物を付与した(72
mg、19%)。1H NMR(CDCl3)δ 0.64(s,18H),2 .98(s,12H),3.91(m,16H),4.66−4.74(m,6
H),4.84,4.86(m,2 H),6.58(d,J=5.7Hz,4
H),6.92(d,J =5.7Hz,2H),7.15(m,2H),8.
97(d,J =5.7Hz,4H),9.36(d,J =5.1Hz,2H
),9.58(d,J =5.1Hz,2H),10.67(bs,8H),1
1.85(m,6H),12.08(m,2H),12.76(bs,8H);
LD−MS C13494162Si2Eu2について計算されたav質量 254
2.2,実測値 2547.5;λabs 356,421,493,606 nm。
【0273】 収集された第三のバンドも、THFに再溶解させ、そしてSECカラムにかけ
た。THFを用いた溶出で、第二のバンド(黒色)として(Pc)Eu(IET
−Por)Eu(Pc)を付与し、そしてそれを、溶媒の除去およびCH3OH
での洗浄の後、黒色固形物を付与した(10mg、1.5%)。1H NMR(
CDCl3)δ 1.16(s,9H),4.15(s,6H),7.21(s
,4H),8.22(bs,16H),9.71(bs,16H),9.94(
bs,4H),10.26(m,2H),10.46(m,2H),11.97
(m,6H),13.94−14.14(m,6H);LD−MS C11571
20ISiEu2について計算されたav質量 2191.8、実測値 219
2.5;λabs 341,444,517,628,656,796nm。
【0274】 収集された最後のバンド(緑色)を、トルエンに再溶解させ、そして同じ溶媒
で充填された短いシリカゲルカラムにかけた。トルエンでの溶出で、(Pc)E
u(Pc)Eu(IET−Por)を含む第一のバンド(緑がかった青色)を付
与し、そしてそれを、溶媒の除去およびCH3OHでの洗浄の後、緑色固形物を
付与した(65mg,9.9%)。1H NMR(CDCl3)δ 0.69( s,9H),1.60(s,6H),3.01−3.20(m,8H),4.7
8(m,4H),5.01(m,1H),6.56(m,2H),6.95(m
,2H),8.75(bs,8H),9.12(m,2H),9.57(m,1
H),9.76(m,1H),10.12(bs,8H),11.11(bs,
8H),12.29−12.42(m,2H),12.66(m,1H),12
.98(bs,8H);LD−MS C1157120ISiEu2として計算され
たav質量 2191.8、実測値 2195.1(M+),1181.4[M+ −(IET−Por)Eu],919.3(M+−(Pc)Eu(Pc));λa bs 342,417,522,552,618,721nm。
【0275】 ET−Porの反応におけるトリプルデッカーの作製。1,2,4−トリクロ
ロベンゼン(35mL)中の5,10,15−トリ(p−トリル)−20−[4
−(2−(トリメチルシリル)エチニル)フェニル]ポルフィリン(140mg
、0.19ミリモル)およびEu(acac)3 .nH2O(280mg、0.5
7ミリモル)の混合物を、灌流するまで加熱し、そして4時間、アルゴン下で攪
拌した。生じたチェリーレッドの溶液を、室温まで冷却し、その後Li2Pc(
220mg、0.29ミリモル)を添加した。混合液を、さらに5時間灌流させ
、その後、溶媒を真空で除去した。残渣を、CHCl3に溶解させ、そして同じ
溶媒で充填したシリカゲルカラムにかけた。CHCl3での溶出で、4つのバン
ドを付与した。第一のバンド(オリーブ−茶色)は、主にトリプルデッカー錯体
(ET−Por)Eu(Pc)Eu(ET−Por)および未反応ポルフィリン
出発材料を含有した。第二のバンド(赤色)は、主に、ポルフィリン出発材料お
よび痕跡量のダブルデッカー錯体(Pc)Eu(ET−Por)を含有した。第
三のバンド(黒色)は、トリプルデッカー錯体(Pc)Eu(ET−Por)E
u(Pc)を含有した。最後のバンド(緑色)は、トリプルデッカー錯体(Pc
)Eu(Pc)Eu(ET−Por)およびダブルデッカー錯体(Pc)Eu(
Pc)を含有した。
【0276】 収集された第一のバンドを、THFに再溶解させ、そしてSECカラムにかけ
た。THFを用いた溶出で、第一のバンド(緑がかった茶色)として(ET−P
or)Eu(Pc)Eu(ET−Por)を付与し、そしてそれは、溶媒の除去
およびCH3OHでの洗浄の後、緑かかった黒色固形物を付与した(21mg、
9.5%)。1H NMR(CDCl3)δ 0.64(s,18H),2.9 9(s,18H),3.86−3.96(m,16H),4.77−4.89(
m,8H),6.58(bs,6H),6.92(m,2H),8.97(bs
,6H),9.35(bs,2H),10.65(bs,8H),11.90−
12.08(m,8H),12.75(bs,8H);LD−MS C13610016Si2Eu2について計算されたav質量 2318.5、実測値 2321
.9;λabs 355,420,491,606,657nm。
【0277】 収集された第三のバンドも、THFに再溶解させ、そしてSECカラムにかけ
た。THFを用いた溶出で、第二のバンド(黒色)として(Pc)Eu(ET−
Por)Eu(Pc)を付与し、そしてそれを、溶媒の除去およびCH3OHで
の洗浄の後、黒色固形物を付与した(2mg、0.5%)。1H NMR(CD
Cl3)δ 1.10(s,9H),4.17(s,9H),8.11(bs,
16H),9.62(bs,16H),9.92(m,7 H),10.26(
m,2H),11.92−11.99(m,8H),13.95−14.50(
m,7H);LD−MS C1167420SiEu2 について計算されたav質
量 2080.0、実測値 2083.7;λabs 341,444,517 ,628,656,796nm。
【0278】 収集された最後のバンド(緑色)を、トルエンに再溶解させ、そして同じ溶媒
で充填された短いシリカゲルカラムにかけた。トルエンでの溶出で、(Pc)E
u(Pc)Eu(IET−Por)を含む第一のバンド(緑がかった青色)を付
与し、そしてそれを、溶媒の除去およびCH3OHでの洗浄の後、緑色固形物を
付与した(36mg,9.1%)。1H NMR(CDCl3)δ 0.69( s,9H),3.00(m,9H),3.15(m,8 H),4.83(d,
J=7.2 Hz,2 H),4.89(d,J=7.2 Hz,1H),5.
03(d,J =7.2Hz,1 H),6.56(t,J =7.2 Hz,
3H),6.96(d,J =7.2Hz,1H),8.74(bs,8H),
9.11(m,3H),9.53,9.55(m,1H),10.13(bs,
8H),11.06(bs,8H),12.30−12.42(m,3H),1
2.62(m,1H),12.95(bs,8H);LD−MS C116742 0 SiEu2 について計算されたav質量 2080.0、実測値 2083.
2(M+),1178.3[M+−(ET−Por)Eu],903.1(M+
(Pc)Eu(Pc));λabs 342,417,522,552,61 8,721nm。
【0279】 [(Pc)Eu(Pc)Eu(E’T−Por)の形成] (Pc)Eu(Pc)Eu(ET−Por)(33mg、0.016ミリモル
)のサンプルを、CHCl3/CH3OH(6mL、3:1)に溶解させた。K2
CO3(20mg、0.14ミリモル)を添加し、そして反応混合液を、1H N
MR分光光度計によって随時監視しながら、アルゴン下で室温で攪拌した。完了
により、CHCl3(30mL)をその反応混合液に添加し、そして生じた混合
液を、NaHCO3(10%、2x30mL)、 H2O(30mL)で洗浄し、
乾燥させ(Na2SO4)、濾過し、そして乾固するまで蒸散させた。カラムクロ
マトグラフィー(シリカ、 CHCl3)で、黒色固形物を得た(31mg、9
7%)。1H NMR(CDCl3)δ 3.03(m,9H),3. 17,3.24(m,8H),3.72(s,1H),4.83(m,3H),
5.00(d,J=8.1Hz,1H),6.56(m,3H),6.96(d
,J=7.2Hz,1H),8.77(bs,8H),9.13(m,3H),
9.53,9.55(m,1H),10.18(bs,8H),11.14(b
s,8H),12.22−12.32(m,3H),12.50(m,1H),
13.03(bs,8H);LD−MS C1136620Eu2について計算され
たav質量 2007.8、実測値 2008.6(M+),1177.4[M+ −E’T−Por)Eu],831.0(M+−(Pc)Eu(Pc));λabs 342,416,521,618,721nm。
【0280】 [(Pc)Eu(Pc)Eu(E’B−Por)の作製] (Pc)Eu(Pc)Eu(EB−Por)(20mg,0.0091ミリモ
ル)のサンプルを、K2CO3で処理し、そして(Pc)Eu(Pc)Eu(E’
T−Por)についてと同じ手段にしたがって操作した。カラム・クロマトグラ
フィー(シリカ、CHCl3)で、黒色固形物を得た(18mg、94%)。1H NMR(CDCl3)δ 1.95,1.97(m,27H),3.30 −3.38(m,8H),3.71(s,1H),4.77(d,J=7.2H
z,3H),5.00(d,J =6.6,1H),6.70(m,3H),6
.95(d,J=7.2Hz,1H),8.76(bs,8H),9.09−9
.16(m,3H),9.39,9.41(m,1H),10.16(bs,8
H),11.17(bs,8H),11.56(m,2H),11.73(m,
1H),12.00(m,1H),13.04(bs,8H);LD−MS C 1228420Eu2について計算されたav質量 2134.1、実測値 213
6.5(M+);λabs 343,415,522,552,618,722 nm。
【0281】 S−アセチルチオ誘導トリプルデッカー(1)。(Pc)Eu(Pc)Eu(
IPT−Por)(30mg、14μモル)、4−エチニル−1−(S−アセチ
ルチオ)ベンゼン(20mg、 0.11ミリモル)、Pd(PPh32Cl2
(1.5mg、2.1μモル)およびCuI(0.19mg、1.0μモル)の
サンプルを、25mLシュレンクフラスコに加えた。そのフラスコの空気を抜き
、そしてアルゴンで三回、一掃した。その後、脱気THF(5mL)および脱気
N,N−ジイソプロピルエチルアミン(1mL)を、シリンジで添加した。フラ
スコを、30℃で油浴で浸漬させ、そしてアルゴン下で攪拌した。反応は、TL
C(シリカ、トルエン)およびLD−MSによって監視された。20時間後、溶
媒を真空で除去し、残渣を、トルエン/CHCl3(1:1)に溶解させ、そし
て同じ溶媒で充填されたシリカゲルカラムにかけた。トルエン/CHCl3(1
:1)を用いた溶出で、未反応出発材料および深緑色の第二のバンドを得て、そ
してそれは、所望の生成物および微量の出発物質も含んだ。そのように得られた
生成物を、第二カラムクロマトグラフィー手段(シリカゲル、トルエン)によっ
てさらに精製して、そして溶媒の除去およびCH3OHでの洗浄の後、黒色固形
物(15mg、50%)を得た。1H NMR(CDCl3)δ 2.62( s,3H),2.99(s,6H),3.20(bs,8H),4.82(d,
J=7.5Hz,2H),4.96(d,J =6.6Hz,1H),5.05
(d,J =6.0 Hz,1H),6.56(d,J =7.5Hz,2H)
,6.77(m,1H),6.99(m,1H),7.74(d,J=7.8H
z,2H),8.05(d,J=8.1Hz,2H),8.16(t,J =8
.0Hz,1H),8.73(bs,8H),9.07(m,2H),9.31
(m,1H),9.56(m,1H),10.10(bs,8H),11.08
(bs,8H),12.21(m,2H),12.42 m,1H),12.5
1(m,1H),12.96(bs,8H);LD−MS C12070OSN20
Eu2について計算されたav質量 2144.0、実測値 2146.2(M+ ),2104.2(M+−CH3CO),1178.4(M+−(IPT−Por
)Eu),968.2(M+−(Pc)Eu(Pc)),925.4(M+−(P
c)Eu(Pc)−CH3CO);λabs 342,416,521,6 18,720nm。
【0282】 S−アセチルチオ誘導トリプルデッカー(2)。(Pc)Eu(Pc)Eu(
E’B−Por)(15mg、7.0μモル)、4−ヨード−1−(S−アセチ
ルチオ)ベンゼン(2.0mg,7.0μモル)、Pd2(dba)3(1.0m
g、1.1μモル)およびP(o−トリル)3(2.5mg、8.3μモル)の
サンプルを、シュレンクフラスコに加えた。そのフラスコの空気を抜き、そして
アルゴンで三回、一掃した。その後、脱気トルエン(3mL)および脱気N,N
−ジイソプロピルエチルアミン(0.6mL)を、シリンジで添加した。フラス
コを、35℃で油浴で浸漬させ、そしてアルゴン下で攪拌した。反応は、TLC
(シリカ、トルエン)およびLD−MSによって監視された。24時間後、溶媒
を真空で除去し、残渣を、トルエン/エーテル(60:1)に溶解させ、そして
同じ溶媒で充填されたシリカゲルカラムにかけた。トルエン/エーテル(60:
1)を用いた溶出で、第一のバンドとして微量の出発材料と一緒に諸能の生成物
を得た。そのように得られた生成物を、第二カラムクロマトグラフィー手段(シ
リカゲル、トルエン)によってさらに精製して、そして溶媒の除去およびCH3
OHでの洗浄の後、黒色固形物(3.1mg、19%)を得た。1H NMR(
CDCl3)δ 1.90,1.92(m,27H),2.62(s,3H) ,3.28(m,8H),4.70−4.80(m,3H),4.98(d,J
=6.6Hz,1H),6.68(m,4H),6.94(d,J =6.6H
z,1H),7.54(m,1H),7.71(m,1H),8.03(m,1
H),8.71(bs,8H),9.05−9.12(m,3H),9.42(
m,1H),10.10(bs,8H),11.11(bs,8H),11.5
6(m,2H),11.72(m,1H),12.02(m,1H),12.9
8(bs,8H);LD−MS C13090OSN20Eu2についての計算された
av質量 2284.3、実測値 2191.4(M+),2250.2(M+
CH3CO),1181.0(M+−(Por)Eu),1111.6(M+−(
Pc)Eu(Pc)),1067.8(M+−(Pc)Eu(Pc)−CH3CO
);λabs 341,419,523,618,721nm。
【0283】 E―ダイアド−1。(Pc)Eu(Pc)Eu(IET−Por)(35mg
、16μモル)、(Pc)Eu(Pc)Eu(E’T−Por)(32mg、1
6μモル)、Pd2(dba)3(2.3mg、2.5μモル)およびP(o−t
ol)3(5.8mg、19μモル)のサンプルを、シュレンク・ラインを用い
て、35℃で、トルエン(5mL)およびトリエチルアミン(1mL)の存在下
で反応させた。分析的SECおよびLD−MSにより、反応を監視した。15時
間後、溶媒を除去し、そして残渣を、 CHCl3に溶解させ、そしてCHCl3 で封入されたシリカゲルカラムにかけた。CHCl3を用いた溶出で、主要な緑
色バンドを得て、そしてそれを、乾固するまで濃縮し、トルエンに再溶解させ、
そして同じ溶媒に封入された分取SECカラムにかけた。トルエンを用いた溶出
で、2つの十分に分離した緑色バンドを得て、そしてその2つのバンドを収集し
た。溶媒の除去、そしてCH3OHを用いた洗浄で、黒色固形物を得た(28.
5mg、44%)。1H NMR δ 0.79(s,9H),3.11, 3.16(m,15H),3.36−3.61(m,16H),5.00,5.
02(m,5H),5.20(m,1H),5.48(m,2H),6.71,
6.74(d,J=7.5 Hz,5H),7.10(m,1H),7.57(
m,2H),8.91(brs,16H),9.25(m,6H),9.68(
m,1H),10.09,10.14(m,2H),10.29(brs,16
H),11.30(brs,16H),12.31−12.42(m,4H),
12.75,12.85(m,2H),13.04(brs,1H),13.1
8(brs,16H);LD−MS 実測値 4074.2(M+);FAB−
MS 実測値 4072.72,計算された正確な質量4072.85(C228
136SiN40Eu4);λabs 343,425,521,617,666, 720nm。
【0284】 E’−ダイアド−1。 CHCl3/THF/CH3OH(8mL、1:5:2
)中のE−ダイアド−1のサンプル(22mg、5.4μモル)を、K2CO3
20mg、0.14ミリモル)で処理した。反応混合物を、1H NMR分光測
定法およびLD−MSによって随時監視しながら、アルゴン下で室温で攪拌した
。完了により、CHCl3(30mL)を添加し、そして生じた混合物を、10
% NaHCO3水溶液、H2Oで洗浄し、乾燥(Na2SO4)させ、濾過し、そ
して濃度した。カラム・クロマトグラフィー(シリカ、CHCl3)で、黒色固
形物を得た(18mg、83%)。1H NMR δ 3.08−3. 10(m,15H),3.29−3.59(m,16H),3.74(s,1H
),4.97(m,5H),5.13(m,1H),5.44(m,2H),6
.69(d,J=7.2 Hz,5H),7.21(m,1H),7.54(m
,2H),8.86(brs,16H),9.19(brs,6H),9.58
(m,1H),10.18(m,2H),10.25(brs,16H),11
.25(brs,16H),12.23−12.36(m,4H),12.52
(m,1H),12.82(m,2H)13.14(brs,16H);LD−
MS 実測値 4008.3(M+);FAB−MS 実測値 4001.09
、計算された正確な質量 4000.81(C22512840Eu4);λabs 343,421,523,618,667,721nm。
【0285】 ダイアド−1。E’−ダイアド−1(15mg、3.8μモル)、1−(S−
アセチルチオ)−4−ヨードベンゼン(1.1mg、3.8μモル)、Pd(P
Ph32Cl2(0.4mg、0.6μモル)のサンプルおよびCuI(0.0
52mg、0.27μモル)のサンプルを、TLC(シリカ、トルエン)および
LD−MSによって監視しながら、15時間、アルゴン下で、30℃で、トルエ
ン(3mL)および脱気N,N−ジイソプロピルエチルアミン(DIEA)(0
.6mL)の存在下で、シュレンク・ラインで反応させた。溶媒を除去し、そし
て残渣をトルエン/Et2O(50:1)で溶解させた。クロマトグラフィー(
シリカ、トルエン/Et2O 50:1)で、標記化合物を、痕跡量のブタジイ
ン結合ダイアドを含有する第一の主要なバンドとして得た。SEC(トルエン)
による分離で、標記化合物を、第二バンドとして得た。溶媒の除去およびCH3
OHを用いた洗浄で、黒色固形物を得た(3.5mg、22%)。1H NMR δ 2.66(s,3H),3.08−3.11(s,15H),3.27 −3.60(m,16H),4.95(d,J=6.6 Hz,5H),5.1
9(m,1H),5.43(m,2H),6.68(d,J=7.2 Hz,5
H),7.10(m,1H),7.53(m,2H),7.77(d,J=7.
5 Hz,2H),8.09(d,J=7.5 Hz,2H),8.86(br
s,16H),9.19(d,J=5.7 Hz,6H),9.66(m,1H
),10.05(m,2H),10.25(brs,16H),11.27(b
rs,16H),12.32(m,4H),12.62(m,1H),12.8
1−12.87(m,2H),13.15(brs,16H);LD−MS o
bsd 4156.4(M+),4112.5(M+−CH3CO),2981.
(M+−(Pc)Eu(Pc));FAB−MS 実測値 4150.55,計
算された正確な質量 4150.82(C233134OSN40Eu4);λabs
43,418,523,618,722nm。
【0286】 ダイアド−2。(Pc)Eu(Pc)Eu(E’T−Por)(18mg,9
.0μモル)、Pd(PPh32Cl2(0.5mg,0.75μモル)、Cu
I(0.07mg,0.36μモル)およびI2(1.14mg,4.5μモル
)の混合物に、トルエン(3mL)およびN,N−ジイソプロピルアミン(0.
6mL)を添加し、そして生じた混合物を室温で攪拌した。反応は、ゆっくりと
進行し(分析用SECにより監視された)、そして4時間後、同量のPd(PP
32Cl2およびCuIを、添加した。一夜攪拌した後、反応を終了させた(
分析用SECに基づいて、生成物:出発材料=96:4)。溶媒を除去した。ク
ロマトグラフィー(シリカ、CHCl3)が、全ての非トリプルデッカーを除去
し、そして1回のSECカラム(トルエン)による連続精製で、CH3OHを用
いて洗浄した後、所望の化合物を、黒色固形物として得た(16mg、89%)
1H NMR δ 3.04−3.07(m,30H),3.27−3. 41(m,16H),4.90(d,J=6.6 Hz,6H),5.26(m
,2H),6.62(d,J=7.5 Hz,6H),7.30(d,J=6.
6 Hz,2H),8.82(brs,16H),9.13,(m,6H),9
.85(m,2H),10.21(brs,16H),11.20(brs,1
6H),12,21(m,6H),12.61(brs,2H),13.08(
brs,16H);LD−MS 実測値 4014.5(M+);FAB−MS 実測値 4014.68,計算された正確な質量 4014.83(C2261 3040Eu4);λabs 342,421,522,618,722nm。
【0287】 [実施例2] [分子光学カウンターの設計および合成に関連した研究] ここでの略号は、以下のとおりである。C8OPcは、−OC817Pc,2,
3,9,10,16,17,23,24(C817は、n−オクチルを含む)を
意味する;TBuPcは、テトラ−tert−ブチルフタロシアニンを意味する
;Me8Pcは、−CH3,2,3,9,10,16,17,23,24を意味す
る;T−Porは、メソ−テトラ−p−トリルポルフィリンを意味する;PnP
orは、メソ−テトラペンチルポルフィリンを意味する;E−PnPorは、5
−(4−エチニルフェニル)−10,15,20−トリ−n−ペンチルポルフィ
リンを意味する;I−PnPorは、5−(4−ヨードフェニル)−10,15
,20−トリ−n−ペンチルポルフィリンを意味する;EB−Porは、20−
[4−(2−(トリメチルシリル)エチニル)フェニル]−5,10,15−ト
リス[4−tert−ブチルフェニル]ポルフィリンを意味する;およびE’B
−Porは、20−[4−エチニルフェニル]−5,10,15−トリス[4−
tert−ブチルフェニル]ポルフィリンを意味する。
【0288】 [結果および検討] 溶液中の電気化学的研究のためのトリプルデッカーサンドイッチ錯体。ヘテロ
レプティックのポルフィリン−フタロシアニン・サンドイッチ錯体の製造のため
の一般的手段は、以下のとおりである(M.Moussaviら、Inorg.
Chem.1986年,25巻,2107−2108頁;J.Buchlerら
、Inorg.Chem.1988年,27巻,339−345頁)。ポルフィ
リンを、1,2,4−トリクロロベンゼン中の過剰M(acac)3(nH2Oの
存在下で灌流させて、ポルフィリン・M(acac)錯体を得た。継続灌流を伴
うジリチウム・フタロシアニンを用いた連続処理が、所望の生成物(Pc)Eu
(Pc)Eu(Por)を含む3つのトリプルデッカー錯体の分布を生じる。ポ
ルフィリン(1a,b)、フタロシアニン(2a−e)および2fナフトシアニ
ンを、トリプルデッカーのライブラリーの製造のために使用した。試験されるべ
き置換基としては、ポルフィリン単位ではn−ペンチルおよびp−トリル、そし
てフタロシアニン単位ではメチル、オクチルオキシ、ブトキシおよびt−ブチル
が挙げられる。テトラ−tert−ブチルフタロシアニン(2d)は、部分異性
体の混合物から構成された。ポルフィリンは、遊離塩基リガンドとして使用され
、そしてフタロシアニンは、反応前にジリチウム誘導体に変換された。我々は、
9つの組合せのポルフィリンおよびフタロシアニン出発材料を用いた一般的反応
プロトコールを行って、図26に示されるとおりトリプルデッカー錯体を得た。
【0289】 各場合に、Eu(acac)3(nH2Oが使用された場合、粗反応混合物を、
シリカゲル(CHCl3)上のカラムクロマトグラフィーによって精製した。第
一の分画は、a型トリプルデッカー錯体(Por)Eu(Pc)Eu(Por)
およびポルフィリンを含有し、そしてそれは、SECクロマトグラフィー(TH
F)によって容易に分離された。型b(Pc)Eu(Por)Eu(Pc)およ
び型c(Pc)Eu(Pc)Eu(Por)の第二および第三のトリプルデッカ
ー錯体は、さらに、トルエンを用いたシリカゲル・クロマトグラフィーを必要と
した。いくつかの場合(下の実験セクション参照)では、クロマトグラフィーは
、数回繰返されなければならなかった。ポルフィリン1aまたは1bとのフタロ
シアニン2Cの反応は、出発材料の回収およびそして非常に複雑な混合物の生成
物に至ったが、しかし、トリプルデッカー錯体は、 おそらく、1,4,8,1
1,15,18,22,25−位置での置換基により引起される立体障害のため
、存在しなかった。Ce(acac)3(nH2Oを用いたポルフィリン1bおよ
びフタロシアニン2eの反応(D.Chabachら、New J.Chem.
1992年,16巻,431−433頁)の場合には、a型トリプルデッカーサ
ンドイッチ錯体は、主要生成物として単離され、そして痕跡量のbおよびc型錯
体だけは、LD−MSによって検出された。Eu(acac)3(nH2Oの存在
下のポルフィリン1b およびナフタロシアニン2fの反応は、主に、出発材料
および非常に少量のa型トリプルデッカーの回収を生じた。各反応から単離され
たトリプルデッカーの収率は、表4に列記される。
【0290】 各トリプルデッカー錯体は、LD−MS、FAB−MS、UV−可視分光測定
法および1H NMR分光測定法によって特徴付けられた。しかし、1H NMR
分光測定法ナフタロシアニン部分異性体の存在により、テトラ−tert−ブチ
ルフタロシアニン・リガンド(6a,6b,6c,9a,9b,9c)を含む錯
体の特徴付けに特に有用でなかった。錯体の純度は、マトリックスの不在下で、
TLCまたはLD−MS分析によって確認された。3a,3c,6a,9aのL
D−MSスペクトルでは、分子イオンピークM+に加えて他のピークを検出し、
そして断片化に割当てられうる:(Por)Eu(acac)、(Por)Eu
(Pc)またはM+−[C49]。型a化合物は、分子量での有為な差によって
、型bおよびcから容易に識別された。化合物bおよびcが、同じ分子量を示す
が、構造は、(Pc)Eu(Pc)Eu(Por)から報告されるスペクトルに
対する比較(J.Jiang,ら、 Inorg.Chim.Acta 199
8年、268巻,49−53頁;J.Jiangら、Inorg.Chim.A
cta 1997年,255巻,59−64頁)により、そして類似のセリウム
(III)トリプルデッカー錯体((D.Chabachら、 New J.C
hem.1992年,16巻,431−433頁;D.Chabachら、J.
Am.Chem.Soc.1995年,117巻,8548−8556頁)につ
いて、UV−可視スペクトルから同定された。[最終的に、3つのテトラ−te
rt−ブチルフタロシアニン・リガンドを含むトリプルデッカー錯体(すなわち
、一般構造(Pc)Eu(Pc)Eu(Pc)、9d)は、1bと2dとの反応
から得られる最も極性のトリプルデッカーサンドイッチ錯体として単離された]
【0291】 電気化学。純粋で、そして十分な量で利用できるトリプルデッカーサンドイッ
チ錯体のライブラリーの各構成員を、溶液中で電気化学的に試験した。選択され
た電気化学的データは、表5で要約される。化合物3c,4a,6a,6b,9
a,9c,10a,10bにつては、4つの酸化状態が観察されたのに対して、
化合物6c,9dおよび4cは、ただ3つの酸化状態を提供した。ほとんどの錯
体については、3つの還元状態が検出された6b、9dおよび3cで例外が起っ
たが、2つの還元過程が観察された。最高の電気化学的電位は、ポルフィリン環
の末梢で電子供与基(p−トリル)のみを伴うトリプルデッカー錯体3Cによっ
て示されたのに対して、最低の電位は、ポルフィリンメソ位置に脂肪族鎖を、そ
してフタロシアニン単位に8つのメチル基を有する化合物10aについて測定さ
れた。これらの結果は、置換基効果の知識に基づいた予測と一致する。
【0292】 攻略法。八進カウンターの設計で使用されうるトリプルデッカーの組合せを同
定するために、我々は、方形波ボルタモグラムを被せ、そしてそれを、目視で、
交互配置された酸化電位について調査した。電位の非常に優れた分離を示した対
の内のいくつかは、9cおよび6a、3cおよび9a、および6aおよび9aが
挙げられる。これらの内、9cは、2つの理由で非常に魅力的であるように見え
た:(1)この錯体は、非常に低い酸化電位を示し、それにより金でのアクセス
可能な電気化学的ウインドウの低い領域がアクセスされるのを可能にする;(2
)我々は、6aのものに類似するS−(アセチルチオ)誘導トリプルデッカーを
手元に持っている。したがって、我々は、同じ置換基を有するが、しかしポルフ
ィリン上の1つのn−ペンチル基を、金電極に付着のためのチオール誘導リンカ
ーに置換している分子13(図27)を設計した。多数のトリプルデッカー錯体
は、この研究の過程の間、製造された。
【0293】 樹立ブロック。トリプルデッカーサンドイッチ分子13および15のの合成は
、ポルフィリン14および16(図27)の製造を必要とした(B.Littl
erら、J.S.J.Org.Chem.1999年,64巻,2864−28
72頁;W.−S.Choら、J.Org.Chem.1999年,64巻,7
890−7901頁)。各ポルフィリンは、合理的経路を介して製造した。Pd
結合条件下での4−ブロモベンズアルデヒドおよび2,2−ジメチル−3−ブチ
ン−2−オールの反応(L.Della CianaおよびA.Haim、J.
Heterocyclic Chem.1984年,21巻,607−608頁
;R.Wagnerら、J.Org.Chem.1995年,60巻,5266
−5273頁;R.Wagnerら、Chem.Mater.1999年,10
巻,2974−2983頁)は、アルデヒド17(図28)(K.Yamada
ら、Chem.Lett.1999年,895−896頁)を付与した。このむ
しろ極性のエチン保護基は、合成の最終段階でのポルフィリンの分離を促進する
ために選択された。トリフルオロ酢酸(TFA)の存在下の過剰のピロールを用
いた後者の縮合(B.Littlerら、J.S.J.Org.Chem.19
99年,64巻,2864−2872頁)は、クロマトグラフィー、続いて結晶
化の後、56%収率で、ジピロメタン18を得た。所望のジピロメタン−ジカル
ビノール19を、2段階工程で製造した。臭化エチルマグネシウムで、続いてn
−ヘキサノイルクロリドで5−(n−ペンチル)ジピロメタンを処理して、優れ
た収率で、対応の1,9−ジアシルジピロメタンを得た。テトラヒドロフラン(
THF)−メタノール中のNaBH4を用いたジアシルジピロメタンの還元で、
対応のジカルビノール19を得て、そしてそれは、特徴づけられないが、しかし
続く反応で直ぐに使用された。ジピロメタン18およびジピロメタン−ジカルビ
ノール19の反応は、アセトニトリル中のTFAの存在下で行われ、続いて2,
3−ジクロロ−5,6−ジシアノ−1,4−ベンゾキノン(DDQ)で酸化させ
た。この経路は、通常、アシドリシスのスクランブリングを欠くポルフィリンを
提供するが、脂肪族置換基を有するジピロメタン−ジアルビノールは、中程度の
スクランブリングで縮合することが知られている。同定された主要な他のポルフ
ィリン種は、メソ−テトラペンチルポルフィリンであった。2−(2−ヒドロキ
シプロピル)エチン保護基によって与えられる極性は、混合物の容易な分離を可
能にし、そしてポルフィリン20は、28%収率で得られた。ポルフィリン16
は、同じ手段で製造された。TFAの存在下で、ジピロメタン−ジカルビノール
22とのジピロメタン21の反応は、32%収率で、ポルフィリン16を付与し
た(図29)。
【0294】 Eu(acac)3(nH2Oおよび遊離塩基ポルフィリン20の反応は、対応
のEu(Por)acac錯体を付与した。1,2,4−トリクロロベンゼンを
灌流してジリチウム・フタロシアニン2dを用いた後者の処理で、残りの出発材
料と共に、6つのトリプルデッカーの混合物(保護または脱保護エチン部分を有
する)を得た。2−(2−ヒドロキシプロピル)エチン保護基は、トリプルデッ
カーを形成する反応条件下では不安定であるので、エチン脱保護は、ポルフィリ
ン段階で行われた。さらに、このアプローチは、トリプルデッカーの合成操作を
最小限にする。
【0295】 脱保護エチンを得るために、ポルフィリン20を、標準条件下で、最初に亜鉛
を蒸着させて、ポルフィリン23(図30)を得た(J.Rodriquezら
、J.Chem.Soc.Perkin Trans I 1997年,709
−714頁)。トルエン中の水酸化ナトリウムでの灌流によるエチンの脱保護(
L.Della CianaおよびA.Haim、J.Heterocycli
c Chem.1984年,21巻,607−608頁)(98%収率)で、樹
立ブロック24を得た。TFAを用いた24の脱金属(J.Lindseyら、
Tetrahedron 1994年,50巻,8941−8968頁)で、8
3%収率で遊離塩基モノ−エチニル・ポルフィリン14を付与した(図30)。
水酸化ナトリウムに対する露出により、遊離塩基ポルフィリンの可能性のある分
解を抑制するために、蒸着段階が行われた。続いて、驚いたことに、我々は、ト
ルエンを灌流させて、水酸化ナトリウムとのポルフィリン20の反応は、平滑に
進行して、90%収率でのポルフィリン14を得たことが分かった。
【0296】 Eu(acac)3(nH2Oおよび遊離塩基ポルフィリン14の反応で、対応
のEu(Por)acac錯体を付与した。1,2,4−トリクロロベンゼンを
灌流して、ジリチウム・フタロシアニン2dを用いた後者の処理が、残渣の出発
物質を一緒に生成物の混合物を与えた(図31)。クロロホルムを用いたシリカ
ゲル上のカラムクロマトグラフィーが、4つのバンドを与えた。THF中のSE
Cによる第一の分画のさらなる精製が、11%収率でトリプルデッカー25aを
、そして未反応のポルフィリン14(38%)を付与した。UV−可視分光測定
法およびLD−MS分析が、25aの構造を(E−PnPor)Eu(tBu4
Pc)Eu(E−PnPor)として割当てることを可能にした。第二のバンド
は、遊離塩基フタロシアニン2d(5%)を含んだ。第三および第四のバンドは
、同じ分子量を示すが、異なる吸収スペクトルを表示する化合物を付与した。こ
れらの錯体は、吸収カラムからの溶出のために、(tBu4Pc)Eu(E−P
nPor)Eu(tBu4Pc)25b(1.3%)および(tBu4Pc)Eu
(tBu4Pc)Eu(E−PnPor)25c(12%)として割当てられ得
た。
【0297】 2回のカラムクロマトグラフィー手段の後、モノヨード誘導トリプルデッカー
錯体26c(図31)を、12%(40mg)で単離し、そして、少量の不純物
が、LD−MSによってなお検出された。しかし、不純物の分子量は、公知トリ
プルデッカー錯体に割当てられえなかった。
【0298】 トリプルデッカー形成反応では、Eu(acac)3(nH2Oおよび遊離塩基
ポルフィリン16は、対応のEu(Por)acac錯体を付与した。1,2,
4−トリクロロベンゼンを灌流して、リチウム・フタロシアニン2aを用いた後
者の処理が、残渣の出発物質を一緒に生成物の混合物を与えた(図32)。クロ
ロホルムを用いたシリカゲル上のカラムクロマトグラフィーが、4つのバンドを
与えた。THF中のSECによる第一の分画のさらなる精製が、26%収率でト
リプルデッカー27aを付与した。UV可視分光測定法およびLD−MS分析が
、27aの構造を(EB−Por)Eu(Pc)Eu(EB−Por)サンドイ
ッチ錯体として割当てることを可能にした。第三および第四のバンドは、同じ分
子量を示すが、異なる吸収スペクトルを表示する化合物を付与した。これらの錯
体は、吸収カラムからの溶出のために、(Pc)Eu(Por)Eu(EB−P
c)27b(1.6%)および(Pc)Eu(Pc)Eu(EB−Por)27
c(9.1%)として割当てられ得た。K2CO3 を用いた27cの処理(R.
Wagnerら、J.Am.Chem.Soc.1996年,118巻,111
66−11180頁)が、94%収率で、脱保護トリプルデッカー28を付与し
た。
【0299】 チオール誘導トリプルデッカーサンドイッチ錯体。我々は、トリプルデッカー
樹立ブロックにチオール・ハンドルを付着させるいくつかの方法を調査した。我
々の研究は、重大な副反応を避けるための特定のアプローチおよび条件の利点を
示した。これらの知見は、下に記述される3つの方法から生じた。
【0300】 (1)保護チール単位をトリプルデッカーに付着させるために、エチニルトリプ
ルデッカー25cおよび1−ヨード−4−(S−アセチルチオ)ベンゼンを、ヨ
ウ化銅(I)の存在下でPd結合条件下で反応させた(図33)(L.Cass
ar、J.Organomet.Chem.1975年,93巻,253−25
7頁;H.Dieckら、J.Organomet.Chem.1975年,9
3巻,259−263頁)。3つの主要な化合物が得られた。S−アセチルチオ
基が、Pd結合反応で共通に使用される塩基のほとんどの存在下で、切断を受け
うるので、DIEAは、代わりに使用され、そして反応混合物に切断生成物は見
出されなかった(R.Hsungら、Tetrahedron Lett.19
95年,26巻,4525−4528頁)。混合物を、シリカ・カラムクロマト
グラフィーによって、続いてSECによって分離した。LD−MS分析による分
子イオンピーク割当てに基づいて、極性の低い化合物の構造は、トリプルデッカ
ーのブタジイン結合ダイアドに割当てられた(29)。ブタジイン副産物を生じ
るエチンのホモ結合は、銅の存在下のSonogashira反応でよく知られた副反応で
ある(K.Sonogashiraら、Tetrahedron Lett.1
975年,4467−4470頁)。第二分画は、2つの分離できない化合物を
含んだ。LD−MSスペクトルは、m/z 2439および2548に、2つの
主要ピークを示した。後者が、所望のS−(アセチルチオ)誘導トリプルデッカ
ー13に対応する一方で、前者は、エチニルトリプルデッカー出発材料のアセチ
ル化誘導体と一致する。我々は、アセチル化副産物の形成が、1−ヨード−4−
(S−アセチルチオ)ベンゼン(またはそれから誘導される生成物)からのアセ
チル移行に起因すると考え、30を付与する。
【0301】 (2)所望の分子13を単離する上で直面した困難さは、様々の経路の調査に駆
り立てた。ブタジイン結合ダイアドを生じるエチニル置換トリプルデッカーのホ
モ結合は、出発材料としてヨード置換トリプルデッカー錯体を使用することによ
り容易に回避される。この場合には、S−(アセチルチオ)ゼンセン出発物質か
らの副反応により、エチンの任意のアセチル化は、トリプルデッカー生成物の完
全性に影響しない。さらに、三重結合の酸化的結合を促進する銅の除去は、ホモ
結合を大いに抑制する。したがって、化合物26cは、温和な銅不含Pd依存性
結合条件下(R.Wagnerら、J.Org.Chem.1995年,60巻
,5266−5273頁;R.Wagnerら、Chem.Mater.199
9年,10巻,2974−2983頁)で、1−エチニル−4−(S−アセチル
チオ)ベンゼンと反応した(D.PearsonおよびJ.Tour、J.Or
g.Chem.1997年,62巻,1376−1387頁)(35℃で、主要
な比のトルエンおよびDIEA(5:1)中の錯体−(1)、エチン化合物−(
1)、P(o−tol)3−(1.2)およびPd2(dba)3−(0.15)
のモル比を示すトリプルデッカー錯体3mM)。精製の後、未反応出発材料35
が、40%収率で回収され、そして所望のトリプルデッカー13は、14%収率
で得られた(図34)。銅の不在下の反応は、ゆっくりであるが、生成物分布は
、みごとである。
【0302】 (3)エチニル置換トリプルデッカー(Pc)Eu(Pc)Eu(E’B−Po
r)28および4−ヨード−1−(S−アセチルチオ)ベンゼンは、ポルフィリ
ン樹立ブロックを結合するためのPd結合条件下(Pd2(dba)3、P(o−
トル)3)で結合された(図35)。粗反応混合物のLD−MS分析は、2つの
優勢なピーク(m/z 2179,2287)が、それぞれ、アセチル化生成物
および所望の生成物に対応することを示した。カラムクロマトグラフィーは、2
つの別々の種を付与した。前者の種の1H NMR分析は、アセチル部分に一致
する鋭敏な一重線(2.86ppm、3H)を示した。所望のS−アセチルチオ
誘導トリプルデッカー15は、19%収率で得られ、そしてそれは、同じ条件下
で、2つのポルフィリン単量体の間の反応での典型的収率(50〜60%)に比
べてあきらかに低い。したがって、結合反応から銅を排除することは、モノ結合
を回避するが、アセチル移行反応を抑制しない。
【0303】 結論。我々は、種々の電子供与置換基を置換された異なるポルフィリンおよび
フタロシアニンから構成されるトリプルデッカー錯体のライブラリーを合成した
。このライブラリーの電気化学的実験は、八進カウンターの設計に使用されうる
トリプルデッカーの適切な組合せを示した。このワークアップの合成成分の一部
として、我々は、ある種の問題のある副反応を避けるべきであり、そしてそれに
より所望のチオール誘導トリプルデッカーへのアクセスを促進するチオール・リ
ンカーを付着する適切な経路を認識した。アセチル化トリプルデッカー副産物を
形成することを避ける最も簡単な方法は、エチニル−置換トリプルデッカー錯体
よりむしろヨード−のものを使用することである。2つのチオール誘導トリプル
デッカー錯体が製造された。
【0304】 [B.実験セクション] 全般。1H NMRスペクトル(300MHz)および吸収スペクトル(HP 8451A、キャリー3)を、日常的に収集した。全ての1H NMRスペク
トルを、特に明記されない限り、CDCl3(300MHz)で収集した。全て
の吸収スペクトルを、トルエンで収集した。ポルフィリン−フタロシアニン・サ
ンドイッチ錯体を、レーザー脱着(LD−MS)マススペクトル測定法(バーカ
ー・プロフィックスII)およびジョエル(日本国東京)HX110HF質量分
光測定法での高分解能高速原子衝撃(FAB−MS)によって分析した。マトリ
ックスなしで、またはマトリックスPOPOPを用いて、LD−MS分析を行っ
た。ユニット分解能より大きいもので、高分解能質量分光測定法を行った。市販
の源は、ジリチウム・フタロシアニン(アルドリッチ)、Eu(acac)3
nH2O(アルファ・エサー(Alfa Aesar))およびPd(PPh3 2 Cl2(アルドリッチ)を提供した。特に指示されない限り、全ての他の試薬は
、アルドリッチ・ケミカル社(Aldrich Chemical Compa
ny)から得て、そして全ての溶媒は、フィッシャー・サイエンティフィック(
Fisher Scientific)から得た。
【0305】 クロマトグラフィー。フラッシュ・シリカゲル(ベイカー(Baker)、6
0−200メッシュ)を用いて、吸着カラムクロマトグラフィーを行った。バイ
オラッドービーズSX−1を用いて、分取グレードサイズ排除クロマトグラフィ
ー(SEC)を行った。分取規模ガラスカラム(4.8x60cm)を、THF
中のバイオラッドービーズSX−1を用いて、パッケージ化し、そして重力の流
れで溶出させた。精製に続いて、SECカラムを、2倍体積相当のTHFで洗浄
した。溶出剤としてTHF(0.8mL/分)を伴う1000Åカラム(5μL
、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体)を用いたヒューレット−パッカード1
090HPLCを用いて、分析規模のSECを行った。
【0306】 溶媒。トルエンを、CaH2から蒸留し、THF(フィッシャー、証明付AC
S)をナトリウムから蒸留し、そしてトリエチルアミン(フルカ、プリス)を、
CaH2から蒸留した。ピロール(アクロス)を、CaH2から大気圧で蒸留した
。全ての他の溶媒を、保存のときに使用した。
【0307】 トリプルデッカーの製造のための一般的手段。1,2,4−トリクロロベンゼ
ン(13mL)中のポルフィリン(0.06ミリモル)およびEu(acac) 3 . nH2O(88mg、0.17ミリモル)の混合液を、灌流するまで加熱し、
そして4時間、アルゴン下で攪拌した。生じたチェリーレッドの溶液を、室温ま
で冷却し、その後ジリチウム・フタロシアニン(0.09ミリモル)を添加した
。混合液を、さらに5時間灌流させ、その後、揮発性化合物を、真空で除去した
。残渣を、CHCl3に溶解させ、そして同じ溶媒で充填したシリカゲルカラム
にかけた。CHCl3での溶出で、3つの主要バンドを付与した。第一のバンド
(茶色)は、主にトリプルデッカー錯体(Por)Eu(Pc)Eu(Por)
および未反応ポルフィリン出発材料を含有した。第二のバンド(オリーブ色また
は黒色)は、非常に少量でトリプルデッカー錯体(Pc)Eu(Por)(Pc
)を含有し、したがって、しばしば単離または特徴づけられないかった。第三の
バンド(暗緑色)は、主に、トリプルデッカー錯体(Pc)Eu(Pc)Eu(
Por)を含有した。
【0308】 収集された第一のバンドを、THFに再溶解させ、そしてSECカラムにかけ
た。THFを用いた溶出で、第一のバンド(緑がかった茶色)として(Por)
Eu(Pc)Eu(Por)を付与し、そしてそれは、溶媒の除去の後、茶色か
かった黒色固形物を付与した。収集された暗緑色(第三)を、トルエンに再溶解
させて、そして同じ溶媒で充填したシリカゲルカラムにかけた。トルエンでの溶
出で、(Pc)Eu(Pc)Eu(Por)を含む暗緑色がかった青色バンドを
付与し、そして溶媒を除去した後、暗緑色固形物を付与した。各化合物の最終精
製は、特別に記述される。
【0309】 (T−Por)Eu(C8OPc)Eu(T−Por)(4a).(T−Po
r)(12mg、0.017ミリモル)およびLi2[(m−OC8178Pc
](40mg、0.026ミリモル)の反応を、上記のとおり行った。クロマト
グラフィー(シリカ、CHCl3)その後、第一のバンドのSECで、緑がかっ
た茶色固形物を得た。緑がかった茶色固形物を、最終的にクロマトグラフィー(
シリカ、ヘキサン:酢酸エチル、10%から30%までの酢酸エチルで勾配に)
で、トリプルデッカー錯体4a(12mg、22%)を得た。1H NMR(C
DCl3)δ 1.25(t,J=7.2 Hz,24H),1.7−2.0 (m,32H),2.13(quint,J=7.5 Hz,16H),2.3
7(quint,J=7.2 Hz,16H),2.79(m,16H),3.
11(s,24H),3.36(m,16H),4.29(s,16H),5.
17(d,J=6.6 Hz,8H),6.0−6.2(m,16H),6.7
9(d,J=6.6 Hz,8H),9.1−9.3(m,8H),12.10
(s,8H),12.83(s,8H);LD−MS 実測値 3183.7;
FAB−MS 実測値 3179.54,計算された正確な質量 3179.5
4(C192216168Eu2);λabs 374,419,496,611 nm。
【0310】 (C8OPc)Eu(C8OPc)Eu(T−Por)(4c).ヘキサンおよ
びTHFの混合液(0%から20%までのTHFで勾配に)で溶出したシリカ上
のクロマトグラフィー(第三のバンドの)で、純粋な化合物を得た(8mg,1
0%)。1H NMR(CDCl3)δ 1.01(t,J=6.9 Hz, 24H),1.15(t,J=7.1 Hz,24H),1.27(s,24H
),1.4−1.6(m,32H),1.6−1.9(m,72H),1.9−
2.3(m,48H),2.5−2.8(m,32H),3.09(s,12H
),3.31(brs,12H),4.95(brs,8H),5.17(m,
4H),5.7−6.1(m,12H),6.43(m,8H),6.70(d
,J=6.6 Hz,4H),9.31(m,4H),13.12(s,4H)
;LD−MS 実測値 4047.3;FAB−MS 実測値 4048.3,
計算された正確な質量 4048.4(C2403242016Eu2);λabs 373,423,540,631,737nm。
【0311】 (T−Por)Eu(tBu4Pc)Eu(T−Por)(6a).(T−P
or)(31mg、0.052ミリモル)およびLi2(tBu4Pc)(45m
g、0.078ミリモル)を上に記述されるとおりに行った。クロマトグラフィ
ー(シリカ、CHCl3)、その後、SECで、緑がかった茶色の固形物を得た
。緑がかった茶色の固形物を、クロマトグラフィー(シリカ、ヘキサン:酢酸エ
チル(10%から30%までの酢酸エチルで勾配に)で、最終的に精製した(7
mg,8%)。1H NMR(CDCl3)δ 3.0−3.1(m,24H ),3.1−3.3(m,36H),4.07(d,J=5.7 Hz,16H
),4.91(q,J=8.1 Hz,8H),6.5−6.7(m,8H),
9.0−9.1(m,8H),10.7−10.9(m,4H),12.0−1
2.3(m,8H),12.5−13.0(m,8H);LD−MS 実測値
2388.0,1562.7,1547.2,823.4;FAB−MS 実測
値 2378.72,計算された正確な質量 2378.83(C14412016 Eu2);λabs 362,421,493,608nm。
【0312】 (tBu4Pc)Eu(tBu4Pc)Eu(T−Por)(6c).クロマト
グラフィー(トルエン、上述のとおり)から得た暗緑色がかった黒色固形物を、
クロマトグラフィー(シリカ、トルエン)によってさらに精製した(19mg、
15%)。化合物が、分離できない部分異性体の混合物として単離される場合、
解釈が排除されるが、1H NMR(CDCl3)を収集した。LD−MS 実測
値 2449.5;FAB−MS 実測値 2447.05,計算された正確な
質量 2446.94(C14413220Eu2);λabs 346,41 7,526,620,727nm。
【0313】 (Pn−Por)Eu(tBu4Pc)Eu(Pn−Por)(9a).(P
n−Por)(40mg、0.017ミリモル)およびLi2(tBu4Pc)(
58mg、0.01ミリモル)を上述のとおりに行った。クロマトグラフィー(
シリカ、CHCl3)、その後SECで、緑がかった茶色の固形物を得た。緑が
かった茶色の固形物を、クロマトグラフィー(シリカ、ヘキサン:酢酸エチル(
10%から30%までの酢酸エチルで勾配に))で、最終的に精製した(29m
g、19%)。1H NMR(CDCl3)0.6−0.8(m,16H),0
.79(t,J=7.5 Hz,24H),1.19(m,16H),1.45
(m,16H),3.52(s,36H),3.7−4.0(m,16H),5
.0−5.3(m,16H),10.6−10.9(m,4H),12.0−1
2.5(m,8H);LD−MS 実測値 2218.82,2162.0,2
149.0;FAB−MS 実測値 2217.97,計算された正確な質量
2218.07(C12815216Eu2);分析、計算値:C,69.30;H
,6.91;N,10.10. 実測値:C,69.04;H,6.86;N,
9.82;λabs 357,427,502,566,626nm.
【0314】 (tBu4Pc)Eu(tBu4Pc)Eu(Pn−Por)(9c).クロマ
トグラフィー(トルエン、上述のとおり)から得た暗緑色がかった黒色固形物を
、クロマトグラフィー(シリカ、ヘキサン:酢酸エチル(10%から30%まで
の酢酸エチルで勾配に))によってさらに精製した(第一バンド、17mg、1
1%)。化合物が、分離できない部分異性体の混合物として単離される場合、解
釈が排除されるが、1H NMR(CDCl3)を収集した。LD−MS 実測値 2374.0;FAB−MS 実測値 2366.11,計算された正確な質
量 2366.05(C13614720Eu2);λabs 345,413 ,527,583,629,736nm。
【0315】 (tBu4Pc)Eu(tBu4Pc)Eu(tBu4Pc)(9d).クロマ
トグラフィー(トルエン、上述のとおり)から得た暗緑色がかった黒色固形物を
、クロマトグラフィー(シリカ、トルエン)、続いて再度クロマトグラフィー(
シリカ、ヘキサン:酢酸エチル(10%から30%までの酢酸エチルで勾配に)
)によってさらに精製した(第二バンド、11mg、8%)。化合物が、分離で
きない部分異性体の混合物として単離される場合、解釈が排除されるが、1
NMR(CDCl3)を収集した。LD−MS 実測値 2523.1;FAB
−MS 実測値 2514.96,計算された正確な質量 2515.04(C 14414424Eu2);λabs 341,649nm。
【0316】 (Pn−Por)Eu(Me8Pc)Eu(Pn−Por)(10a)。(P
n−Por)(50mg、0.085ミリモル)およびLi2(Me8Pc)(2
50mg(精製なしに使用された化合物)、0.12ミリモル)の反応を、上述
のとおり行った。クロマトグラフィー(シリカ、CHCl3)、その後SECで
、緑がかった茶色の固形物を得た。緑がかった茶色の固形物を、クロマトグラフ
ィー(シリカ、ヘキサン:トルエン(50%から100%までのトルエンで勾配
に))およびクロマトグラフィー(シリカ、ヘキサン:CH2Cl2(10%から
20%までのCH2Cl2で勾配に))で、最終的に精製し(7mg、4%)、そ
してそれは、精製の間にゆっくりと分解した。 1H NMR(CDCl3)δ
0.6−0.8(m,16H),0.90(t,J=6.9 Hz,2 4H),1.2−1.5(m,32H),3.8−3.9(m,16H),4.
24(s,24H),5.41(s,16H),12.27(s,8H);LD
−MS 実測値 2109.2,2051.5,2037.6;FAB−MS
実測値 2106.98,計算された正確な質量 2106.96(C12013616Eu2);λabs 362,428,502,567,625nm。
【0317】 (Me8Pc)Eu(Me8Pc)Eu(Pn−Por)(10c).クロマト
グラフィー(トルエン、上述のとおり)から得た暗緑色がかった黒色固形物を、
クロマトグラフィー(シリカ、トルエン)、続いて再度クロマトグラフィー(シ
リカ、CH2Cl2)によってさらに精製した(3mg、2%);その化合物、精
製の間にゆっくりと分解した。1H NMR(CDCl3)スペクトルを収集した
が、材料の量は、よいスペクトルを得るのには不十分であった。LD−MS 実
測値 2143.3,1401.7;FAB−MS 実測値 2142.79,
計算された正確な質量 2142.81(C12011620Eu2);λabs 35
1,417,631,652,684nm。
【0318】 (Pn−Por)Ce(Me8Pc)Ce(Pn−Por)(11a)。1,
2,4−トリクロロベンゼン(11mL)中のメソ−テトラペンチルポルフィリ
ン(75mg、0.13ミリモル)およびCe(acac)3 .nH2O(140
mg、0.32ミリモル)の混合物を、24時間、アルゴンのゆっくりとした流
れの下で、灌流させた。冷却後、Li2(Me8Pc)の固形サンプル(610m
g、0.32ミリモル、不純物)を添加し、そして混合液を、再度10時間、ア
ルゴン下で灌流した。真空下の蒸散で、暗緑色固形物を得た。残渣を、CHCl 3 に溶解させ、そして同じ溶媒で充填されたシリカゲルカラムにかけた。CHC
3での溶出で、3つの主要バンドを付与した。第一のバンド(緑色−茶色)は
、主に、標記化合物および未反応ポルフィリン出発材料を含有した。暗緑色バン
ドは、主にトリプルデッカー錯体(Me8Pc)Ce(Pn−Por)を含んだ
。収集された第一バンドを、THFに再溶解させ、そしてSECカラムにかけた
。同じ溶媒を用いた溶出で、(Pn−Por)Ce(Me8Pc)Ce(Pn−
Por)11aを第一バンド(緑色がかった茶色)として得た。緑色がかった茶
色固形物を、MeOHで洗浄することによって最終的に精製した(23mg、8
.5%)。1H NMR(CDCl3)δ−4.29(brs,16H), −2.15(brs,8H),−1.44(s,24H),0.51(m,16
H),0.58(t,J=6.7 Hz,24H),0.68(m,16H),
3.15(s,16H),3.81(s,16 H);LD−MS 実測値 2
090.6,2032.7,2019.3,1963.6,1949.4,19
04.0,1890.1;FAB−MS 実測値 2106.98,計算された
正確な質量 2106.96(C12013616Eu2);λabs 363,4 27,498,565,615nm。
【0319】 メソ−テトラペンチルポルフィリンおよびジリチウム・2,3−ナフタロシア
ニンの反応によるトリプルデッカーの作製(12a)。1,2,4−トリクロロ
ベンゼン(21mL)中のPn−Por(66mg、0.09ミリモル)および
Eu(acac)3 .nH2O(140mg、0.28ミリモル)を、4時間、ア
ルゴンのゆっくりした流れの下に、灌流した。冷却後、Li2Ncの固形サンプ
ル(100mg、0.14ミリモル)を、添加し、そして混合液を、再度、5時
間、アルゴン下で灌流させた。真空下の蒸散で、暗緑色の固形物を得た。残渣を
、CHCl3に溶解させ、そして充填したシリカゲルカラムにかけ、そしてCH
Cl3で溶出させた。収集した第一バンドを、THFに再溶解させ、そしてSE
Cカラムにかけた。同じ溶媒での溶出で、(Pn−Por)Eu(2,3Nc)
Eu(Pn−Por)12aを、第一バンド(緑色がかった茶色)として得た。
緑色がかった茶色の固形物を、クロマトグラフィー(シリカ、CH2Cl2/ヘキ
サン、3:1)によって最終的に精製した(5mg、3%)。LD−MS 実測
値 2203.5,2146.9,2132.9;FAB−MS 実測値 21
94.89,計算された正確な質量 2194.89(C12812816Eu2
;λabs 330,429,543,612nm。
【0320】 4−(3−メチル−3−ヒドロキシ−1−ブチン−1−イル)ベンゼンアルデ
ヒド(17)。4−ブロモベンズアルデヒド(3.0g、16ミリモル)、Pd
(PPh32Cl2(110mg、0.170ミリモル)およびCuI(16m
g,0.07ミリモル)を、シュレンクラインに載せた。その後、フラスコの空
気を抜き、そしてシュレンクライン上でアルゴンで一掃した(3回)。その後、
新たに希釈しそして脱気したTEA(32mL)を添加し、そしてアルゴンで一
掃した後、2−メチル−3−ブチン−2−オール(1.90mL、19.4ミリ
モル)を添加した。反応混合液を、40℃で、2時間攪拌した。(反応の進行は
、GC−MSによって監視された)。反応混合液を、乾固するまで蒸散させ、そ
してその後クロマトグラフィー(シリカ、CH2Cl2)にかけた。バルブツーバ
ルブ蒸留(93−95℃、0.001mmHg)で、光沢のある黄色がかった油
状物(2.90g、95%)を得た。1H NMR(CDCl3)δ 1.61(
s,6H),2.23(brs,1H),7.52(AB/2,J=8.1 H
z,2H),7.79(AB/2,J=8.1 Hz,2H),9.02(s,
1H);13C NMR δ 31.9,66.1,81.9,98.8,129
.8,130.1,132.7,`35.9,192.3;IR(フィルム)ν
(cm-1)790.4,830.1,906.3,963.4,1014.3,
1046.1,1165.9,1207.0,1273.4,1303.0,1
373.0,1457.6,1563.8,1603.6,1700.0,22
28.1,2735.0,2837.8,2934.1,2982.2,341
3.3;MS(EI+)m/z 188(M+,35%),173(100%),
159(10%);EI−MS 実測値 188.0835,計算された正確な
質量 188.0837(C12122)。
【0321】 5−[4−(3−メチル−3−ヒドロキシ−1−ブチン−1−イル)フェニル
]ジピロメタン(18)。 標準手段にしたがって、ピロール(23.0mL,
330ミリモル)中のアルデヒド17(2.5g、13ミリモル)の溶液を、T
FA(72μL、1.3ミリモル)で処理した。カラムクロマトグラフィー(シ
リカ、CH2Cl2 から徐々にCH2Cl2:MeOH(7.5%))、続いて、
メタノール:水からの結晶化で、白色結晶を得た(2.3g、56%)。mp
145−146 ℃;1H NMR(CDCl3)δ 1.62(s,6H),1
.89(brs,1H),5.46(s,1H),5.89(s,2H),6.
17(dd,J=5.7,3.0 Hz,2H),6.07(m,2H),7.
1−7.2(m,2H),7.3−7.4(m,2H);13C NMR δ 3
2.2,44.4,66.3,82.7,94.5,108.1,109.1,
118.2,122.0,129.1,132.5,132.8,143.1;
分析。 C20202Oとして計算値:C,78.92;H,6.62;N,9
.20。実測値:C,79.03;H,6.69;N,9.29。
【0322】 5−[4−(3−メチル−3−ヒドロキシ−1−ブチン−1−イル)フェニル
]−10,15,20−トリ−n−ペンチルポルフィリン(20)。標準手段に
したがって、CH3CN中のジピロメタン18(530mg、1.8ミリモル)
およびジピロメタン−ジカルビノール19[ジアシルジピロメタン(720mg
,1.8ミリモル)から直接的に製造され、そして精製なしに使用された]を、
TFA(1.6mL、29ミリモル)を処理した。その後、DDQ(1.2g、
5.3ミリモル)を添加し、そして反応混合液を、1時間攪拌した。シリカゲル
(トルエンおよびCH2Cl2(3:2))上のカラムクロマトグラフィーが、メ
ソ−テトラペンチルポルフィリン(54mg、5.2%)および標記化合物(2
75mg,23%)を得た。1H NMR(CDCl3)δ−2.68(brs,
2H),0.9−1.1(m,9H),1.5−1.6(m,6H),1.7−
1.9(m,12H),2.2−2.3(brs,1H),2.4−2.6(m
,6H),4.8−5.0(m,6H),7.84(d,J=8.1 Hz,2
H),8.14(d,J=7.8 Hz,2H),8.78(d,J=5.1
Hz,2H),9.37(d,J=5.1 Hz,2H),9.49(dd,J
=9.6,5.1 Hz,4H);LD−MS 実測値 680.6,623.
1;FAB−MS 実測値 678.4310,計算された正確な質量 678
.4298(C46544O);λabs(CH2Cl2)422,520,554,
600,658nm;λem(λexc 520nm)661,731nm。
【0323】 Zn(II)−5−[4−(3−メチル−3−ヒドロキシ−1−ブチン−1−
イル)フェニル]−10,15,20−トリ−n−ペンチルポルフィリン(23
)。 ポルフィリン20(50mg,0.07ミリモル)を、CH2Cl2:Me
OH(10:1,66mL)中のZn(OAc)(2H2O(1.5g,5.0ミ
リモル)で処理した。従来のワークアップで、紫色の固形物を得た(50mg、
91%)。1H NMR(CDCl3)δ 1.01(m,9H),1.5−1.
6 (m,7H),1.7−1.8(m,6H),1.8(s,6H),2.2
−2.3(m,2H),2.3−2.5(m,4H),4.29(t,J=8.
6 Hz,2H),4.48(t,J=8.0 Hz,4H),7.86(AB
/2,J=8.1 Hz,2H),8.13(AB/2,J=7.8 Hz,2
H),8.74(AB/2,J=5.1 Hz,2H),8.89(AB/2,
J=4.2 Hz,2H),8.90(AB/2,J=5.7 Hz,2H),
9.23(AB/2,J=4.2 Hz,2H);LD−MS 実測値 742
.7,685.4;FAB−MS 実測値 740.3452,計算された正確
な質量 740.3433(C46524OZn);λabs(CH2Cl2)421
,553,593nm;λem(λexc 570nm)560,601,651n
m。
【0324】 Zn(II)−5−(4−エチニルフェニル)−10,15,20−トリ−n
−ペンチルポルフィリン(24)。 ポルフィリン23(50mg,0.074
ミリモル)を、トルエン(5mL)に溶解させ、そして粉末状NaOH(100
mg)を添加した。反応混合液を、2時間灌流させた。室温まで冷却した後、混
合液を、シリカゲルカラム(CH2Cl2:ヘキサン、3:2)に載せて、45m
gの紫色固形物を得た(98%)。1H NMR(CDCl3)δ 1.0−1.
1(m,9H),1.4−1.9(m,12H),2.1−2.2(m,2H)
,2.3−2.5(m,4H),3.43(s,1H),4.0−4.2(m,
2H),4.4−4.5(m,4H),8.01(AB/2,J=8.1 Hz
,2H),8.22(AB/2,J=8.1 Hz,2H),8.71(AB/
2,J=4.2 Hz,2H),8.78(AB/2,J=4.2 Hz,2H
),8.81(AB/2,J=5.1 Hz,2H),9.26(AB/2,J
=4.5 Hz,2H);LD−MS 実測値 684.9,627.5;FA
B−MS 実測値 682.3029、計算された正確な質量 682.301
4(C43464Zn);λabs(CH2Cl2)421,553,593nm;λ em (λexc 570nm)560,601,651nm。
【0325】 5−(4−エチニルフェニル)−10,15,20−トリ−n−ペンチルポル
フィリン(14)。 CH2Cl2 中のZn−ポルフィリン24(45mg、0
.066ミリモル)溶液を、TFA(0.56mL)で処理した。クロマトグラ
フィーに続く標準作業で、紫色固形物を得た(34mg、83%)。1H NM
R(CDCl3)δ−2.67(s,2H),1.0−1.1(m,9H),1
.5−1.7(m,6H),1.7−1.9(m,6H),2.4−2.6(m
,6H),3.37(s,1H),4.8−5.0(m,6H),7.91(d
,J=7.2 Hz,2H),8.15(d,J=8.1 Hz,2H),8.
80(d,J=5.1 Hz,2H),9.37(d,J=4.5 Hz,2H
),9.47(dd,J=8.1 Hz,4.2 Hz,4H);LD−MS
実測値 622.2,564.8;FAB−MS 実測値 620.3886、
計算された正確な質量 620.3879(C43484);λabs(CH2Cl2 )420,519,555,597,657nm;λem(λexc 535nm)
659,728nm。
【0326】 (E−PnPor)の反応によるトリプルデッカーの作製。1,2,4−トリ
クロロベンゼン(13mL)中の5−(4−エチニルフェニル)−10,15,
20−トリ−n−ペンチルポルフィリン(14)(35mg、0.057ミリモ
ル)、Eu(acac)3 .nH2O(88mg、0.17ミリモル)およびLi2 (tBu4Pc)(49mg,0.09ミリモル)の反応で、カラムクロマトグ
ラフィー(シリカ、クロロホルム)の後、3つの主要な生成物得た。収集された
第一のバンドを、THFに再溶解させ、そしてSECカラムにかけた。同じ溶媒
を用いた溶出で、第一のバンド(緑がかった茶色)として(E−PnPor)E
u(tBu4Pc)Eu(E−PnPor)(25a)を付与し、そして溶媒の
除去の後、緑がかった茶色の固形物を得た(14mg、11%)。1H NMR
(CDCl3)δ 0.85(brs,4H),0.34(t,J=6.9 H
z,6H),0.5−1.0(m,28H),1.25(m,8H)1.57(
m,8H),2.6(brs,4H),3.47(m,38H),3.57(s
,2H),4.28(brs,8H),4.4−4.6(m,4H),4.7−
4.9(m,6H),5.1−5.2(m,4H),5.9−6.1(m,4H
),6.81(d,J=6.6 Hz,2H),8.76(d,J=6.6 H
z,2H),9.66(d,J=5.7 Hz,2H),10.96(m,4H
),12.68(m,8H);LD−MS 実測値 2284.9,2227.
2,2215.8;FAB−MS 実測値 2278.99、計算された正確な
質量 2278.99(C13414016Eu2);λabs 358,428,50
2,566,619nm.収集された第三のバンド(暗緑色)を、トルエンに再
溶解させ、そして同じ溶媒で充填されたシリカゲルカラムにかけた。トルエンを
用いた溶出で、(tBu4Pc)Eu(tBu4Pc)Eu(E−PnPor)(
25c)を含む第一のハンド(暗緑色がかった青色)を得て、そして溶媒の除去
後、暗緑色の固形物(16mg、12%)を得た。化合物が、分離できない部分
異性体の混合物として単離される場合、解釈が排除されるが、1H NMR(C
DCl3)を収集した。LD−MS 実測値 2403.5;FAB−MS 実
測値 2396.96、計算された正確な質量 2397.02(C139142 20 Eu2);λabs 345,419,530,583,627,733nm。
【0327】 (I−PnPor)の反応によるトリプルデッカーの作製。1,2,4−トリ
クロロベンゼン(32mL)中の5−(4−ヨードフェニル)−10,15,2
0−トリ−n−ペンチルポルフィリン(100mg、0.14ミリモル)、Eu
(acac)3 .nH2O(213mg、0.42ミリモル)およびLi2(tBu 4 Pc)(120mg、0.21ミリモル)の反応で、3つのトリプルデッカー
を得た。収集された第一のバンド(赤色−茶色がかった)を、THFに再溶解さ
せ、そしてSECカラムにかけた。同じ溶媒を用いた溶出で、第一のバンド(オ
リーブ色−茶色)として(I−PnPor)Eu(tBu4Pc)Eu(I−P
nPor)(26a)を付与し、そして溶媒の除去の後、緑がかった固形物を得
た(28mg、8%)。1H NMR(CDCl3)δ−0.81(brs,4H
),0.38(t,J=6.9 Hz,6H),0.5−1.0(m,24H)
,1.1−1.3(m,8H),1.5−17(m,8H),2.05(s,4
H),2.6−2.7(m,4H),3.4−3.5(m,36H),4.2−
4.4(m,8H),4.4−4.7(m,4H),4.7−5.0(m,6H
),5.1−5.3(m,4H),5.9−6.2(m,4H),7.05(d
,J=7.5 Hz,2H),9.01(d,J=6.6 Hz,2H),9.
50(d,J=6.0 Hz,2H),10.9−11.1(m,4H),12
.6−12.9(m,8H);LD−MS(マトリックスとしてPOPOPを用
いて)実測値 2491.0,2442.3,2434.23,2363.73
;FAB−MS 実測値 2482.78、計算された正確な質量 2482.
78(C130138162Eu2);(abs 359,428,501,569,6
19nm。収集された第三のバンド(暗い緑色)を、トルエンに再溶解させ、同
じ溶媒で充填されたシリカゲル・カラムにかけた。トルエンを用いた溶出で、(
tBu4Pc)Eu(tBu4Pc)Eu(I−PnPor)(26c)を含む主
要なバンド(深緑がかった−青色)を得て、そして溶媒を除去した後、深緑色の
固形物を得た(40mg、12%)。化合物が、分離できない部分異性体の混合
物として単離される場合、解釈が排除されるが、1H NMR(CDCl3)を収
集した。LD−MS 実測値 2508.2,2381.7;FAB−MS 実
測値 2498.92、計算された正確な質量 2498.91(C137141 20 IEu2);λabs 345,416,529,583,627,732nm。
【0328】 EB−Porの反応によるトリプルデッカーの作製(27c)。 1,2,4
−トリクロロベンゼン(20mL)中の5,10,15−トリ[4−tert−
ブチルフェニル]−20−[4−(2−(トリメチルシリル)エチニル)フェニ
ル]ポルフィリン(88mg、0.10ミリモル)、Eu(acac)3 .nH2
O(150mg、0.3ミリモル)およびLi2Pc(80mg、0.15ミリ
モル)の反応で、カラム・クロマトグラフィー(シリカ、CHCl3)の後、4
つのバンドを生じた。収集された第一のバンド(オリーブ色−茶色)を、THF
に再溶解させ、そしてSECカラムにかけた。同じ溶媒を用いた溶出で、(EB
−Por)Eu(Pc)Eu(EB−Por)(27a)を、第一のバンド(緑
色がかった−茶色)を得て、そして溶媒の除去およびCH3OHで洗浄した後、
緑色がかった−黒色の固形物(34mg、26%)を得た。1H NMR(CD
Cl3)δ 0.62(s,18 H),1.89(s,54 H),3.8 3−4.03(m,16 H),4.76(m,9 H),6.71(m,6
H),6.84(m,2 H),9.00(brs,6 H),9.19(m,
2 H),10.65(brs,8 H),11.46−11.60(m,8
H),12.73(brs,8 H);LD−MS 実測値 2574.1;F
AB−MS 実測値 2570.90、計算された正確な質量 2570.91
(C15413616Si2Eu2);λabs 355,421,493,559,6
06nm。
【0329】 収集された第三のバンド(黒色)を、THFに再溶解させ、そしてSECカラ
ムにかけた。THFを用いた溶出で、(Pc)Eu(EB−Por)Eu(Pc
)(27b)を、第二のバンド(黒色)を得て、そして溶媒の除去およびCH3
OHで洗浄した後、黒色の固形物(3.5mg、1.6%)を得た。1H NM
R(CDCl3)δ 0.85(s,18 H),2.89,2.94(m,2
6 H),8.05(brs,16 H),9.59(brs,16 H),9
.99(m,2 H),10.10(m,4 H),11.98−12.20(
m,4 H),13.52(m,2 H),13.68(m,4 H);LD−
MS 実測値 2209.1,2206.2;FAB−MS 実測値 2206
.60,計算された正確な質量 2206.60(C1259420SiEu2);
λabs 343,416,519,625,653nm。
【0330】 収集された最後のバンド(緑色)を、トルエンで再溶解させ、そして、同じ溶
媒で充填されたシリカゲルカラムにかけた。トルエンを用いた溶出で、第一のバ
ンド(緑色がかった−青色)(Pc)Eu(Pc)Eu(EB−Por)(27
c)を得て、そして溶媒を除去し、そしてCH3OHで洗浄した後、緑色の固形
物を得た(20mg、9.1%)。1H NMR(CDCl3)δ 0.68( s,9 H),1.86(m,27 H),3.20−3.29(m,8 H)
,4.71−4.91(m,4 H),6.67(m,3 H),6.91(m
,1 H),8.72(brs,8 H),9.08−9.16(m,3 H)
,9.41(m,1 H),10.10(brs,8 H),11.10(br
s,8 H),11.69(m,2 H),11.88(m,1 H),12.
16(m,1 H),12.97(brs,8 H);LD−MS 実測値 2
117.1(M+),1181.4 [M+−(EB−Por)Eu],919.
3(M+−(Pc)Eu(Pc);FAB−MS 実測値 2206.60,計
算された正確な質量 2206.60(C1259220SiEu2);λabs
42,417,522,552,618,721nm。
【0331】 (Pc)Eu(Pc)Eu(E’B−Por)の形成(28)。(Pc)Eu
(Pc)Eu(EB−Por)(27c)のサンプル(20mg、0.009ミ
リモル)を、K2CO3で処理し、そして標準手段にしたがって作業した。カラム
クロマトグラフィー(シリカ、CHCl3)で、黒色固形物(18mg、94%
)を得た。1H NMR(CDCl3)δ 1.96(m,27 H),3. 30−3.38(m,8 H),3.71(s,1 H),4.77(d,J=
7.2 Hz,3 H),5.00(d,J=6.6 Hz,1 H),6.7
0(m,3 H),6.95(d,J=7.2 Hz,1 H),8.76(b
rs,8 H),9.09−9.16(m,3 H),9.40(m,1 H)
,10.16(brs,8 H),11.17(brs,8 H),11.56
(m,2 H),11.73(m,1 H),12.00(m,1 H),13
.04(brs,8 H);LD−MS 実測値 2136.5(M+);FA
B−MS obsd 2134.56、計算された正確な質量 2134.56
(C1228420Eu2);λabs 343,415,522,552,618 ,722nm。
【0332】 S−アセチルチオ誘導トリプルデッカー(13).経路1:(tBu4Pc)
Eu(tBu4Pc)Eu(E−PnPor)(25c)のサンプル(39mg
、16μモル)、4−ヨード−1−(S−アセチルチオ)ベンゼン(44.5m
g、0.16ミリモル)、Pd(PPh32Cl2(1.7mg、2.4μモル
)およびCuI(0.22mg、1.1μモル)を、シュレンクフラスコに添加
した。フラスコを空にし、そして三回、アルゴンで一掃した。その後、脱気TH
F(6.0mL)および脱気DIEA(1.5mL)を、シリンジで添加した。
フラスコを、30℃で、油浴で浸漬し、そしてアルゴン下で攪拌した。反応は、
TLC(シリカ、トルエン:Et2O、60:1)およびLD−MSで監視され
た。20時間後、真空で溶媒を除去し、そして残渣を、トルエンに溶解させ、そ
して同じ溶媒で充填されたシリカゲルカラムにかけた。トルエン、そしてその後
、トルエン:エーテル(60:1)を用いた溶出で、生成物の分離はなされなか
った。残渣を、THFに再溶解させ、そしてSECカラムにかけた。同じ溶媒を
用いた溶出で、第一のバンドとしてブタジイン結合ダイアド29を得た。標記化
合物13を、アセチル化出発材料30と一緒に第二バンドとして溶出させ、そし
てそれは、実験された任意のクロマトグラフィー法によって分離されなかった。
【0333】 経路2:(tBu4Pc)Eu(tBu4Pc)Eu(I−PnPor)(26
c)のサンプル(35mg、14μモル)、4−エチニル−1−(S−アセチル
チオ)ベンゼン(3mg、14μモル)、Pd2(dba)3(2.0mg、22
μモル)およびP(o−トル)3(5.1mg、17μモル)を、シュレンクフ
ラスコに添加した。フラスコの空気を抜き、そしてアルゴンで三回一掃した。そ
の後、脱気トルエン(4.6mL)および脱気DIEA(0.9mL)を、シリ
ンジで添加した。フラスコを、35℃で、油浴で浸漬し、そしてアルゴン下で攪
拌した。反応は、TLC(シリカ、トルエン)およびLD−MSで監視された。
44時間後、真空で溶媒を除去し、そして残渣を、トルエンに溶解させ、そして
同じ溶媒で充填されたシリカゲルカラムにかけた。トルエンを用いた溶出で、第
一のバンドとして痕跡量の未反応出発材料と一緒に所望の生成物を得た。そのよ
うに得た精製物を、第二カラムクロマトグラフィー手段(シリカゲル、トルエン
)によってさらに精製して、黒色固形物(13)を得た(5.0mg,14%)
。化合物が、分離できない部分異性体の混合物として単離される場合、解釈が排
除されるが、1H NMR(CDCl3)を収集した。LD−MS obsd 2
550.3,2507.8,2495.2,2480.2;FAB−MS 実測
値 2547.05、計算された正確な質量 2547.03(C14714820 OSEu2);λabs 339,415,527,577,625,723nm。
【0334】 S−アセチルチオ−誘導トリプルデッカー(15)。(Pc)Eu(Pc)E
u(E’B−Por)(28)のサンプル(15mg、7.0μモル)、4−ヨ
ード−1−(S−アセチルチオ)ベンゼン(2.0mg、7.0μモル)、Pd 2 (dba)3(1.0mg、1.1μモル)およびP(o−トリル)3(2.5
mg、8.3μモル)を、シュレンクフラスコに添加した。フラスコの空気を抜
き、そしてアルゴンで三回一掃した。その後、脱気トルエン(3mL)および脱
気N,N−ジイソプロピルエチルアミン(0.6mL)を、シリンジで添加した
。フラスコを、35℃で、油浴で浸漬し、そしてアルゴン下で攪拌した。反応は
、TLC(シリカ、トルエン)およびLD−MSで監視された。24時間後、真
空で溶媒を除去し、そして残渣を、トルエン/エーテル(60:1)に溶解させ
、そして同じ溶媒で充填されたシリカゲルカラムにかけた。トルエン/エーテル
(60:1)を用いた溶出で、第一のバンドとして痕跡量の未反応出発材料と一
緒に所望の生成物を得た。そのようにして得た生成物を、されに第二のカラムク
ロマトグラフィー手段(シリカゲル、トルエン)によってさらに精製して、溶媒
の除去およびCH3OHで洗浄した後、黒色固形物(15)を得た(3.1mg
、19%)。1H NMR(CDCl3)δ 1.91(m,27 H),2 .62(s,3 H),3.28(m,8 H),4.70−4.80(m,3 H),4.98(d,J=6.6 Hz,1 H),6.68(m,4 H)
,6.94(d,J=6.6 Hz,1 H),7.54(m,1 H),7.
71(m,1 H),8.03(m,1 H),8.71(brs,8 H),
9.05−9.12(m,3 H),9.42(m,1 H),10.10(b
rs,8 H),11.11(brs,8 H),11.56(m,2 H),
11.72(m,1 H),12.02(m,1 H),12.98(brs,
8 H);LD−MS 実測値 2291.4(M+),2250.2(M+−C
3CO),1181.0(M+−(Por)Eu)、1111.6(M+−(P
c)Eu(Pc)),1067.8(M+−(Pc)Eu(Pc)−CH3CO)
;FAB−MS 実測値 2284.59、計算された正確な質量 2284.
58(C13090OSN20Eu2);λabs 341,419,523, 618,721nm。
【0335】 電気化学。標準装置、技術、および操作攻略法を用いて、溶液およびSAM電
気化学的研究を行った。溶媒は、支持電解質として役割を果すCH2Cl2;テト
ラブチルアンモニウム・ヘキサフルオロホスフェート(TBAH、0.1M)(
アルドリッチ、メタノールから三回再結晶化し、そして110℃で真空で乾燥さ
せた)であった。報告された電位は、対Ag/Ag+;E#(FeCp2/FeC
2 +)=0.19 Vである。
【0336】 前述は、本発明の例示であり、そしてそれの制限とし見なされるべきでない。
本発明は、以下の請求項によって定義され、そして等価の請求項は、ここに含ま
れうる。
【0337】
【表4】
【0338】
【表5】
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の基本的分子メモリー単位「記憶セル」を示す。
【図2】 チップ上での本発明の記憶セルの被覆を示す。
【図3】 本発明の好ましいチップ基本の実施形態を示す。作用電極101、直交参照電
極103、および記憶要素102を示す2レベルのチップが示される。
【図4】 チップ上での単一メモリー記憶セル(メモリー素子)の三次元構造を示す。
【図5】 ダブルデッカーサンドイッチ型配位化合物構造の例を示す。
【図6】 トリプルデッカーサンドイッチ型配位化合物構造の例を示す。
【図7A】 図7Aは、表面に関してマクロサイクルの垂直配列で、チオールリンカーと電
気活性表面への付着のためのトリプルデッカーサンドイッチ化合物を示す。
【図7B】 図7Bは、表面に関してマクロサイクルの水平配列で、チオールリンカーと電
気活性表面への付着のためのトリプルデッカーサンドイッチ化合物を示す。
【図8】 その酸化電位が表1に示される、2つのトリプルデッカー配位化合物を示す。
【図9】 チオールリンカーで電気的に活性な表面への付着のために誘導される図8のト
リプルデッカー化合物を示す。
【図10】 複数の酸化状態を得るために有用な共有結合で結合したトリプルデッカー配位
サンドイッチ分子を示す。
【図11】 そこに直接的に付着した2つのトリプルデッカーの内のただ1つとの、電気的
に活性な表面上での垂直配向の付着を示す。
【図12】 1つのポルフィリンが、4つの異なるメソ置換基を担持するサンドイッチ分子
を示す。
【図13】 図12に使用される(Por)Eu(Pc)Eu(Pc)構造よりむしろ(P
or)Eu(Pc)Eu(Por)トリプルデッカーを使用する関連サンドイッ
チ化合物構造を表す。
【図14】 2つのトリプルデッカーサンドイッチ分子および2つのフェロセンを組込むサ
ンドイッチ化合物を示す。
【図15】 本発明の分子メモリー分子への書込みを示す。好ましい実施形態では、これは
、この図で要約されるとおり適切な酸化還元状態に記憶媒体(例えば、サンドイ
ッチ型配位化合物)を酸化するのに十分な電圧で使用される非常に短い(例えば
マイクロ秒)パルスの使用を通して達成される。したがって、錯体複数単位ナノ
構造(例えば、サンドイッチ型配位化合物アレイ)の各酸化還元状態が、利用さ
れうる。これは、段階的増加での分子の電気化学的酸化を介して達成されうる。
【図16】 本発明のメモリーデバイスの読取りに適する正弦波電圧電流計システムを示す
【図17】 ここに記述されるメモリーデバイスを具体化するコンピュータシステムを示す
。典型的には、メモリーデバイスは、封印された「チップ」として作製される。
チップ上での、および/またはコンピュータでの補助的回路は、記述されるとお
り、メモリーにビットを書込み、そして書込み情報を検索することを可能にする
【図18】 標準コンピュータ構造またはコンピュータシステム200に集積されるこのシ
ステムのメモリーデバイスを示す。
【図19】 対応のトリプルデッカー組立てブロックを製造するために使用されるポルフィ
リン組立てブロックを示す。
【図20】 Li2Pcを用いた(Por)Eu(acac)の処理によって作製される、
これらのトリプルデッカーを含む製品混合物、並びに2つのダブルデッカーの痕
跡を示す。
【図21】 一般構造(Pc)Eu(Pc)Eu(Por)の組立てブロックトリプルデッ
カー錯体を示す。
【図22】 塩基N,N−ジイソプロピルエチルアミンの存在下、Pd指向性結合条件(P
d(PPh32Cl2、CuI)下でのヨード置換トリプルデッカー(Pc)E
u(Pc)Eu(IPT−Por)および4−エチニル−1−(S−アセチルチ
オ)ベンゼンの結合を示す。
【図23】 ポルフィリン組立てブロックを結合するために使用されるPd結合条件(Pd 2 (dba)3、トリ−o−トリルホスフィン)下でのエチニル置換トリプルデッ
カー(Pc)Eu(Pc)Eu(EB−Por)および4−ヨード−1−(S−
アセチルチオ)ベンゼンの結合を示す。
【図24A】 図24Aは、Pd指向性結合条件(Pd(PPh32Cl2、CuI)下での
(Pc)Eu(Pc)Eu(E’T−Por)を用いたトリプルデッカー(Pc
)Eu(Pc)Eu(IET−Por)の処理によるブタジン−連結ダイアドと
一緒に所望のエチニル連結ダイアド(ダイアド1(Dyad1))の生成を示す
【図24B】 図24Bは、Pd指向性結合条件(銅試薬の不在下でのPd2(dba)3およ
びP(o−トリル)3)下での(Pc)Eu(Pc)Eu(E’T−Por)を
用いたトリプルデッカー(Pc)Eu(Pc)Eu(IET−Por)の処理に
よる所望のエチニル連結ダイアド(ダイアド1(Dyad1))の選択的生成を
示す。
【図25】 Pd指向性グレイサー結合条件(Pd(PPh32Cl2、CuI)下でのト
リプルデッカー(Pc)Eu(Pc)Eu(E’T−Por)の処理による、所
望のブタジン連結ダイアド(ダイアド2(Dyad2))の選択的生成を示す。
【図26】 種々のポルフィリンおよびフタロシアニン成分を用いたトリプルデッカー錯体
の合成を示す。
【図27】 一般構造(Pc)Eu(Pc)Eu(Por)の2つのS−(アセチルチオ)
誘導トリプルデッカーのレトロ合成分析を示す。
【図28】 トリプルデッカー組立てブロックを製造する上で使用するためのトリペンチル
モノエチニルポルフィリンの合成を示す。
【図29】 トリプルデッカー組立てブロックを製造する上で使用するためのトリアリルモ
ノ−エチニルポルフィリンの合理的合成を示す。
【図30】 遊離エチン単位を担持するポルフィリンを得るための脱保護経路を示す。
【図31】 モノ−エチニルトリプルデッカー組立てブロックの合成を示す。各トリプルデ
ッカーナフタロシアニンマクロサイクル上のt−ブチル基の置換の位置のため、
レジオ異性体の混合物として存在する。
【図32】 保護エチニル単位を担持するトリプルデッカー組立てブロックの合成、および
遊離エチニルを付与する連続脱保護を示す。
【図33】 Pd指向性結合による所望のS−(アセチルチオ)誘導トリプルデッカー(1
3)の生成、並びにアセチル移行反応から誘導される副産物(30)およびホモ
結合から誘導されるブタジン連結ダイアド(29)の形成を示す。
【図34】 アセチル移行反応から誘導されるトリプルデッカー副産物を形成することを避
けるアプローチを介したS−(アセチルチオ)誘導トリプルデッカーの合成を示
す。
【図35】 S−(アセチルチオ)誘導トリプルデッカー15の合成、およびアセチル移行
反応から誘導される副産物31の生成を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE,TR),OA(BF ,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW, ML,MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,G M,KE,LS,MW,MZ,SD,SL,SZ,TZ ,UG,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ, MD,RU,TJ,TM),AE,AG,AL,AM, AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,B Z,CA,CH,CN,CR,CU,CZ,DE,DK ,DM,DZ,EE,ES,FI,GB,GD,GE, GH,GM,HR,HU,ID,IL,IN,IS,J P,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR ,LS,LT,LU,LV,MA,MD,MG,MK, MN,MW,MX,MZ,NO,NZ,PL,PT,R O,RU,SD,SE,SG,SI,SK,SL,TJ ,TM,TR,TT,TZ,UA,UG,US,UZ, VN,YU,ZA,ZW (72)発明者 グリコ,ドロタ アメリカ合衆国ノースカロライナ州27606, ローリー,アイリーン・ドライヴ 3117ビ ー (72)発明者 リンゼイ,ジョナサン アメリカ合衆国ノースカロライナ州27612, ローリー,ナパ・ヴァリー・ドライヴ 3931 Fターム(参考) 2K001 AA02 CA37 4J030 CB13 CC12 CD11 CG03 5F083 FZ10 GA09 JA60 ZA21

Claims (110)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 固定電極と、 識別可能で異なる複数の酸化状態を示す記憶媒体であって、電気的に結合した
    該電極を介して、一以上の電子を該記憶媒体に付加しあるいはそれから取り出す
    ことにより、酸化状態によりデータを記憶する記憶媒体とを含み、 前記記憶媒体が、サンドイッチ型配位化合物を含む、データ記憶装置。
  2. 【請求項2】 前記記憶媒体が、トリプルデッカーサンドイッチ型配位化合
    物を含む請求項1に記載の装置。
  3. 【請求項3】 前記記憶媒体が、ダブルデッカーサンドイッチ型配位化合物
    を含む請求項1に記載の装置。
  4. 【請求項4】 前記記憶媒体が、ヘテロレプティックのサンドイッチ型配位
    化合物を含む請求項1に記載の装置。
  5. 【請求項5】 前記記憶媒体が、ホモレプティックのサンドイッチ型配位化
    合物を含む請求項1に記載の装置。
  6. 【請求項6】 前記記憶媒体が、シート様の装置において、1cm2当たり
    少なくとも約10ギガバイトのメモリー記憶密度を有している請求項1に記載の
    装置。
  7. 【請求項7】 前記記憶媒体が、前記電極に共有結合により連結されている
    、請求項1に記載の装置。
  8. 【請求項8】 前記記憶媒体が、チオールリンカーによって前記電極に共有
    結合により連結されている、請求項1に記載の装置。
  9. 【請求項9】 前記記憶媒体が、電子が前記記憶媒体から前記電極まで通過
    できるように、前記電極の近傍に並置されている請求項1に記載の装置。
  10. 【請求項10】 前記記憶媒体が、カウンターイオンとともに埋設される誘
    電性材料に並置されている請求項1に記載の装置。
  11. 【請求項11】 前記記憶媒体および前記電極が、集積回路に十分に封入さ
    れている請求項1に記載の装置。
  12. 【請求項12】 前記記憶媒体が、参照電極である第二の電極に電気的に結
    合されている請求項1に記載の装置。
  13. 【請求項13】 前記記憶媒体が、前記装置において単一の平面上に存在す
    る請求項1に記載の装置。
  14. 【請求項14】 前記記憶媒体が、多数の記憶位置に存在する請求項1に記
    載の装置。
  15. 【請求項15】 前記装置が複数の平面を含み、前記記憶位置が前記装置の
    複数の平面上に存在する請求項14に記載の装置。
  16. 【請求項16】 前記記憶位置が、約1024から約4096の異なる位置
    にわたっている請求項14に記載の装置。
  17. 【請求項17】 各位置が、単一の電極によってアドレス指定されている請
    求項16に記載の装置。
  18. 【請求項18】 各位置が、2つの電極によってアドレス指定されている請
    求項16に記載の装置。
  19. 【請求項19】 前記電極が、電源に接続されている請求項1に記載の装置
  20. 【請求項20】 前記電源が、集積回路の出力である請求項19に記載の装
    置。
  21. 【請求項21】 前記電極が、前記記憶媒体の酸化状態を読み取る装置に接
    続されている請求項1に記載の装置。
  22. 【請求項22】 前記装置が、電圧電流測定装置、電流測定装置、および電
    位測定装置から成る群から選択される請求項21に記載の装置。
  23. 【請求項23】 前記装置が、正弦波電圧電流計である請求項22に記載の
    装置。
  24. 【請求項24】 前記装置が、前記電極からの出力信号のフーリエ変換を提
    供する請求項21に記載の装置。
  25. 【請求項25】 前記装置が、前記酸化状態の読み取り後に前記記憶媒体の
    酸化状態をリフレッシュする請求項21に記載の装置。
  26. 【請求項26】 前記記憶媒体の前記識別可能で異なる複数の酸化状態が、
    約2ボルトより大きくない電圧差によって設定される請求項1に記載の装置。
  27. 【請求項27】 識別可能で異なる少なくとも2つの非中性酸化状態を示す
    ように少なくとも1つの記憶分子を含み、 サンドイッチ型配位化合物を含む、情報記憶媒体。
  28. 【請求項28】 前記記憶媒体が、トリプルデッカーサンドイッチ型配位化
    合物を含む請求項27に記載の記憶媒体。
  29. 【請求項29】 前記記憶媒体が、ダブルデッカーサンドイッチ型配位化合
    物を含む請求項27に記載の記憶媒体。
  30. 【請求項30】 前記記憶媒体が、ヘテロレプティックのサンドイッチ型配
    位化合物を含む請求項27に記載の記憶媒体。
  31. 【請求項31】 前記記憶媒体が、ホモレプティックのサンドイッチ型配位
    化合物を含む請求項27に記載の記憶媒体。
  32. 【請求項32】 各記憶分子が、基板上の不連続な記憶位置に存在する請求
    項27に記載の記憶媒体。
  33. 【請求項33】 前記記憶媒体が、カウンターイオンとともに埋設されてい
    る誘電性材料と接触している請求項27に記載の記憶媒体。
  34. 【請求項34】 前記記憶媒体が、シート様の装置において、1cm2当た
    り少なくとも約10ギガバイトのメモリー記憶密度を有している請求項27に記
    載の記憶媒体。
  35. 【請求項35】 前記記憶媒体が、カウンターイオンとともに埋設されてい
    る誘電性材料に並置されている請求項27に記載の装置。
  36. 【請求項36】 前記記憶媒体が、前記装置において単一の平面上に存在す
    る請求項27に記載の装置。
  37. 【請求項37】 前記記憶媒体が、多数の記憶位置に存在する請求項27に
    記載の装置。
  38. 【請求項38】 前記記憶位置が、約1024から約4096の異なる位置
    にわたっている請求項37に記載の記憶媒体。
  39. 【請求項39】 (i)請求項1に記載の装置を提供するステップと、 (ii)前記記憶媒体を酸化状態に設定するために十分な電流となるように、
    前記電極に電圧をかけるステップと を含む、データ記憶方法。
  40. 【請求項40】 前記電圧が、約2ボルト以下である請求項39の方法。
  41. 【請求項41】 前記電圧が、集積回路の出力である請求項39の方法。
  42. 【請求項42】 前記記憶媒体の酸化状態を検出するステップと、それによ
    りそこに記憶されるデータを読み出すステップとをさらに含む請求項39の方法
  43. 【請求項43】 前記記憶媒体の酸化状態を検出するステップが、該記憶媒
    体の酸化状態をリフレッシュするステップをさらに含む請求項42の方法。
  44. 【請求項44】 前記検出するステップが、時間ドメインでの読み出し信号
    を解析するステップを含む請求項42の方法。
  45. 【請求項45】 前記検出するステップが、周波数ドメインでの読み出し信
    号を解析するステップを含む請求項42の方法。
  46. 【請求項46】 前記検出するステップが、読み出し信号に対しフーリエ変
    換を行うステップを含む請求項45の方法。
  47. 【請求項47】 前記検出するステップが、電圧電流測定法を利用する請求
    項42の方法。
  48. 【請求項48】 請求項1に記載の装置を含む、コンピュータシステム中に
    あるメモリーデバイス。
  49. 【請求項49】 中央処理ユニットと、セレクターデバイスと、およびメモ
    リーデバイスとを含み、前記メモリーデバイスが、請求項1に記載の装置を含む
    コンピュータシステム。
  50. 【請求項50】 ディスプレーをさらに含む請求項49に記載のコンピュー
    タシステム。
  51. 【請求項51】 固定電極と、 識別可能で異なる複数の酸化状態を示す記憶媒体であって、電気的に結合した
    該電極を介して、一以上の電子を該記憶媒体に付加し、あるいはそれから取り出
    すことにより、データを酸化状態に記憶する記憶媒体とを含み、 前記記憶媒体が、ポリマーを含み、 前記ポリマーが、複数の共有結合により結合されたモノマー単位を含み、該モ
    ノマー単位の各々が、独立して選択されたサンドイッチ型配位化合物を含むこと
    を特徴とするデータ記憶装置。
  52. 【請求項52】 前記記憶媒体が、複数のトリプルデッカーサンドイッチ型
    配位化合物を含む請求項51に記載の装置。
  53. 【請求項53】 前記記憶媒体が、複数のダブルデッカーサンドイッチ型配
    位化合物を含む請求項51に記載の装置。
  54. 【請求項54】 前記記憶媒体が、複数のヘテロレプティックのサンドイッ
    チ型配位化合物を含む請求項51に記載の装置。
  55. 【請求項55】 前記記憶媒体が、複数のホモレプティックのサンドイッチ
    型配位化合物を含む請求項51に記載の装置。
  56. 【請求項56】 前記記憶媒体が、シート様の装置において、1cm2当た
    り少なくとも約10ギガバイトのメモリー記憶密度を有している請求項51の装
    置。
  57. 【請求項57】 前記記憶媒体が、前記電極に共有結合により連結されてい
    る請求項51の装置。
  58. 【請求項58】 前記記憶媒体が、チオールリンカーによって、前記電極に
    共有結合により連結されている請求項51の装置。
  59. 【請求項59】 前記記憶媒体が、電子が前記記憶媒体から前記電極まで通
    過できるように、前記電極の近傍に並置されている請求項51の装置。
  60. 【請求項60】 前記記憶媒体が、カウンターイオンを備えた誘電性材料に
    並置されている請求項51の装置。
  61. 【請求項61】 前記記憶媒体および前記電極が、集積回路に十分に封入さ
    れている請求項51の装置。
  62. 【請求項62】 前記記憶媒体が、参照電極である第二の電極に電気的に結
    合されている請求項51の装置。
  63. 【請求項63】 前記記憶媒体が、前記装置において単一の平面上に存在し
    ている請求項51の装置。
  64. 【請求項64】 前記記憶媒体が、多数の記憶位置に存在している請求項5
    1の装置。
  65. 【請求項65】 前記装置が複数の平面を含み、前記記憶位置が前記装置の
    複数の平面に存在している請求項64の装置。
  66. 【請求項66】 前記記憶位置が、約1024から約4096の異なる位置
    にわたっている請求項64の装置。
  67. 【請求項67】 各位置が、単一電極によってアドレス指定されている請求
    項66の装置。
  68. 【請求項68】 各位置が、2つの電極によってアドレス指定されている請
    求項66の装置。
  69. 【請求項69】 前記電極が、電源に接続されている請求項51の装置。
  70. 【請求項70】 前記電源が、集積回路の出力である請求項69の装置。
  71. 【請求項71】 前記電極が、前記記憶媒体の酸化状態を読み取る装置に接
    続されている請求項51の装置。
  72. 【請求項72】 前記装置が、電圧電流測定装置、電流測定装置、および電
    位測定装置から成る群から選択される請求項71の装置。
  73. 【請求項73】 前記装置が、正弦波電圧電流計である請求項72の装置。
  74. 【請求項74】 前記装置が、前記電極からの出力信号のフーリエ変換を提
    供する請求項71の装置。
  75. 【請求項75】 前記装置が、前記酸化状態の読み取り後に前記記憶媒体の
    酸化状態をリフレッシュする請求項71の装置。
  76. 【請求項76】 前記記憶媒体の前記異なる、識別可能な酸化状態が、約2
    ボルトより大きくない電圧差によって設定されうる請求項51の装置。
  77. 【請求項77】 少なくとも2つの識別可能で異なる非中性酸化状態を示す
    ように少なくとも1つの記憶分子を含む情報記憶媒体であって、 前記記憶分子が、ポリマーを含み、 前記ポリマーが、複数の共有結合により結合されたモノマー単位を含み、該モ
    ノマー単位の各々が、独立して選択されたサンドイッチ型配位化合物を含むこと
    を特徴とする情報記憶媒体。
  78. 【請求項78】 前記記憶分子が、複数のトリプルデッカーサンドイッチ型
    配位化合物を含む請求項77に記載の記憶媒体。
  79. 【請求項79】 前記記憶分子が、複数のダブルデッカーサンドイッチ型配
    位化合物を含む請求項77に記載の記憶媒体。
  80. 【請求項80】 前記記憶分子が、複数のヘテロレプティックのサンドイッ
    チ型配位化合物を含む請求項77に記載の記憶媒体。
  81. 【請求項81】 前記記憶媒体が、複数のホモレプティックのサンドイッチ
    型配位化合物を含む請求項77に記載の記憶媒体。
  82. 【請求項82】 各々の記憶分子が、基板上の不連続な記憶位置に存在して
    いる請求項77の記憶媒体。
  83. 【請求項83】 前記記憶分子が、カウンターイオンとともに埋設されてい
    る誘電性材料と接触している請求項77の記憶媒体。
  84. 【請求項84】 前記記憶媒体が、シート様の装置において、1cm2当た
    り少なくとも約10ギガバイトのメモリー記憶密度を示す請求項77の記憶媒体
  85. 【請求項85】 前記記憶媒体が、カウンターイオンとともに埋設されてい
    る誘電性材料に並置されている請求項77の記憶媒体。
  86. 【請求項86】 前記記憶媒体が、前記装置において単一の平面上に存在し
    ている請求項77の記憶媒体。
  87. 【請求項87】 前記記憶媒体が、多数の記憶位置に存在している請求項7
    7の記憶媒体。
  88. 【請求項88】 前記記憶位置が、約1024から約4096の異なる位置
    にわたっている請求項87の記憶媒体。
  89. 【請求項89】 (i)請求項1に記載の装置を提供するステップと、 (ii)記憶媒体を酸化状態に設定するために十分な電流となるように、電極
    に電圧をかけるステップと を含む、データ記憶方法。
  90. 【請求項90】 前記電圧が、約2ボルト以下である請求項89の方法。
  91. 【請求項91】 前記電圧が、集積回路の出力である請求項89の方法。
  92. 【請求項92】 記憶媒体の酸化状態を検出するステップと、それによりそ
    こに記憶されるデータを読み出すステップとをさらに含む請求項89の方法。
  93. 【請求項93】 前記記憶媒体の酸化状態を検出するステップが、前記記憶
    媒体の酸化状態をリフレッシュするステップをさらに含む、請求項92の方法。
  94. 【請求項94】 前記検出するステップが時間ドメインにおける読み出し信
    号を解析するステップを含む、請求項92の方法。
  95. 【請求項95】 前記検出するステップが周波数ドメインにおける読み出し
    信号を解析するステップを含む、請求項92の方法。
  96. 【請求項96】 前記検出するステップが読み出し信号に対しフーリエ変換
    を行うステップを含む請求項95の方法。
  97. 【請求項97】 前記検出するステップが電圧電流測定法を利用する、請求
    項92の方法。
  98. 【請求項98】 請求項51に記載の装置を含む、コンピュータシステム中
    のメモリーデバイス。
  99. 【請求項99】 中央処理ユニットと、セレクターデバイスと、メモリーデ
    バイスとを含み、前記メモリーデバイスが、請求項51に記載の装置を含むコン
    ピュータシステム。
  100. 【請求項100】 ディスプレーをさらに含む、請求項99に記載のコンピ
    ュータシステム。
  101. 【請求項101】 基板と、 前記基板に結合したポリマーと を含む製品であって、前記ポリマーが、複数の共有結合により結合されたモノマ
    ー単位を含み、前記モノマー単位の各々が、独立して選択されたサンドイッチ型
    配位化合物を含む製品。
  102. 【請求項102】 前記基板が、導体、半導体、絶縁体、およびそれらの複
    合体から成る群から選択される材料を含む、請求項101の製品。
  103. 【請求項103】 前記基板が、金属、金属酸化物、有機重合体およびそれ
    らの複合体から成る群から選択される材料を含む、請求項101の製品。
  104. 【請求項104】 前記配位化合物の各々が、ダブルデッカーサンドイッチ
    型配位化合物およびトリプルデッカーサンドイッチ型配位化合物から成る群から
    選択される、請求項101の製品。
  105. 【請求項105】 前記配位化合物の各々が、ヘテロレプティックのサンド
    イッチ型配位化合物およびホモレプティックのサンドイッチ型配位化合物から成
    る群から選択される、請求項101の製品。
  106. 【請求項106】 前記ポリマーが前記基板に共有結合により結合されてい
    る、請求項101の製品。
  107. 【請求項107】 前記ポリマーがチオールリンカーによって前記基板に共
    有結合により結合されている請求項101の製品。
  108. 【請求項108】 エレクトロクロミックディスプレーである請求項101
    の製品。
  109. 【請求項109】 分子コンデンサである請求項101の製品。
  110. 【請求項110】 電池である請求項101の製品。
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