KR100808966B1 - Programmable molecular device - Google Patents
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Abstract
복수의 분자형 회로 컴포넌트(14)를 포함하는 랜덤형 나노-네트워크(20)를 포함하는 프로그램 가능한 분자형 소자(10)가 제공된다. 바람직한 분자형 회로 컴포넌트(14)는 네거티브 차분 저항을 나타내는 분자형 다이오드를 포함한다. 분자형 소자(10)를 프로그램하는 방법은 분자형 컴포넌트(14)를 구성하는 단계를 포함할 수 있다. 분자형 컴포넌트(14)를 구성하는 단계는 나노-네트워크(20)를 접속하는 입력 및 출력 리드를 가로질러 전압을 인가하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 전압은 상기 소자가 예를 들면 논리 단위 또는 메모리 유닛으로서 기능하도록 프로그램하는 자기적응형 알고리즘에 따라 결정될 수 있다. 분자형 컴포터(66)는 금속성 와이어(65)에 의해 상호 접속되는 복수의 프로그램 가능한 분자형 소자(62)를 포함할 수 있다.A programmable molecular device 10 is provided that includes a randomized nano-network 20 that includes a plurality of molecular circuit components 14. Preferred molecular circuit components 14 include molecular diodes exhibiting negative differential resistance. The method of programming the molecular device 10 may comprise constructing the molecular component 14. Configuring the molecular component 14 may include applying a voltage across the input and output leads connecting the nano-network 20. The voltage may be determined according to a self-adaptive algorithm that programs the device to function as, for example, a logic unit or a memory unit. Molecular compositor 66 may include a plurality of programmable molecular elements 62 interconnected by metallic wires 65.
Description
본 발명에 관한 작업은 오피스 오브 네이벌 리서치 승인 번호 ONR N00014-99-1-0406호를 통해 DARPA로부터 기금을 지원 받았다.Work on the present invention was funded by DARPA through Office of Naval Research Authorization No. ONR N00014-99-1-0406.
미국 37 C.F.R §1,52(e)(5)에 따른 CD-ROM 부록 및 진술의 참조Reference to CD-ROM Addendums and Statements Under US 37 C.F.R §1,52 (e) (5)
미국 37 C.F.R §1.52(e)(5)에 따라 MS-Windows 및 MS-DOS 호환성인 IBM-PC 포맷의 복사본("Copy 1" 및 "Copy 2")으로 본 명세서에 첨부되어 있으며 참고로서 포함된다. Copy 1 및 Copy 2는 동일하며 MS-DOS 명령어 "dir e:/s"로부터의 하기 출력에 의해 식별되는 바와 같이 하나의 메인 디렉토리와 2개의 서브디렉토리에 269 파일을 담고 있으며, 상기 출력은 각 파일에 대해 표준 포맷 [month/date/year time bytes filename.extension]의 라인, 즉 컴퓨터 기술 분야의 당업자에게 각 파일의 생성 일자, 크기, 파일명 및 형태를 식별하도록 하는 하나의 라인을 포함한다:
Attached herein and incorporated by reference as copies of the IBM-PC format (“
본 발명은 일반적으로 프로그램 가능한 전자 소자에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 분자형 회로 컴포넌트(molucular circuit component)를 기본으로 한 프로그램 가능한 나노 크기 소자에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates generally to programmable electronic devices, and more particularly to programmable nanoscale devices based on molecular circuit components.
컴퓨터의 기본 기능은 정보 처리 및 정보 기억을 포함한다. 폰 노이만형(von Neumann)(시리얼) 아키텍처에서, 산술연산, 논리연산 및 메모리연산은 흔히 "0"과 "1"로 불리는 두 상태 사이에서 가역적으로 스위칭할 수 있는 소자에 의해 실행된다. 이러한 여러 가지 기능을 실행하는 반도체 소자는 컴퓨터가 기본 연산을 실행할 수 있도록 하기 위해 최소의 전기 에너지를 사용하여 두 상태 사이에서 매우 빠른 속도로 스위칭할 수 있어야 한다. 컴퓨터에서는 트랜지스터가 그러한 기본적 스위칭 기능을 실행한다. Basic functions of a computer include information processing and information storage. In von Neumann (serial) architecture, arithmetic, logic and memory operations are performed by devices that can be reversibly switched between two states, commonly referred to as "0" and "1". Semiconductor devices that perform many of these functions must be able to switch between the two states at very high speeds with minimal electrical energy in order to allow the computer to perform basic operations. In computers, transistors perform those basic switching functions.
에너지 효율적인 최첨단 전자 소자의 설계 및 제조가 갈수록 집적 회로 내에 더욱 고밀도의 회로 소자를 제조하는 능력에 좌우되지만, 반도체에 기초한 컴퓨터 기술 및 아키텍처는 그러한 구성의 거의 양자 기계적 한계(quantum mechanical) 한계에까지 발전하였다. 머지않아 크기와 가격 면에서 고성능 컴퓨너의 향후 성장의 진전이 제약을 받게될 것이다. 이러한 고성능 컴퓨너의 특징을 조절하는 주된 컴포넌트는 메모리이며, 특히 메모리 회로 밀도이다. 이들 기기에 대한 막대한 데이터 기억 요구조건 때문에 새로운 조밀하고 저가이며 초고용량인 동시에 고속인 메모리 회로 구성이 요구된다. 전자 소자의 소형화에 관한 문제의 보다 구체적 논의는 각각 본 명세서에 참고로서 포함되어 있는 미국 특허 제6,259,277호, 제6,219,833호, 제5,589,692호 및 제5,475,341호에서 찾아볼 수 있다.While the design and manufacture of energy-efficient state-of-the-art electronic devices is increasingly dependent on the ability to fabricate higher density circuit devices in integrated circuits, semiconductor-based computer technologies and architectures have developed to the near quantum mechanical limits of such configurations. . In the near future, the growth of high performance computers in terms of size and price will be limited. The main component that controls the characteristics of these high performance computers is the memory, in particular the memory circuit density. The enormous data storage requirements for these devices require new compact, low cost, ultra high capacity, and high speed memory circuit configurations. A more detailed discussion of the problem of miniaturization of electronic devices can be found in US Pat. Nos. 6,259,277, 6,219,833, 5,589,692, and 5,475,341, each of which is incorporated herein by reference.
분자급(molecular scale) 전자기술은 미래의 컴퓨터 소자에서 핵심 컴포넌트로서 가능하는 단일 분자 또는 분자군의 이용을 제안하는 연구 분야이다. 특히, 전략적으로 설치한 전하 장벽(charge barrier)을 갖는 분자는 스위치 역할을 할 수 있었다. 실질적인 치수 감소에 부가하여 분자형 소자의 응답 시간이 펨토초(femto-second) 범위에 들어갈 수 있는 반면, 가장 빠른 현재의 소자들은 나노초 범위에서 작동한다. 따라서 특히 다른 회로 소자들이 동작 성능을 제한하지 않을 경우 속도 면에서 105 내지 106배 증가를 달성할 수 있을 것이다.Molecular scale electronics is a field of research that proposes the use of single molecules or groups of molecules as possible components in future computer devices. In particular, molecules with a strategically charged charge barrier could act as a switch. In addition to substantial dimensional reduction, the response time of molecular devices can fall into the femto-second range, while the fastest current devices operate in the nanosecond range. Thus, a 10 5 to 10 6 fold increase in speed may be achieved, especially if other circuit elements do not limit operating performance.
종래의 기본 유닛(통상 트랜지스터)의 크기 및 그의 속도(유닛 본래의 시간적 응답에 의해 제한됨)를 최적화하는 것은 상충되는 설계 목표이다. 따라서 여러 가지 양자의 균형이 이루어져야 한다. 컴퓨터 기술에서의 가장 중요한 타협점은 하드웨어-소프트웨어 이원성(duality)이며, 이는 프로그램된 논리(메모리 지배적 또는 소프트웨어 지배적)에 대한 와이어드 논리(CPU 지배적 또는 하드웨어 지배적)의 요구조건에서 구현된다. 프로그램된 논리의 컴포넌트는 와이어드 논리보다 작고 더 많은 과제를 취급할 수 있지만, 와이어드 논리는 프로그램된 논리보다 속도가 빠르다. 하나의 극단적 경우에, 결과를 얻기 위해 큰 메모리를 필요로 하는 소수의 논리 게이트를 구비한 비트 가산기(bit adder)(합산할 수 있는 최소 논리 단위)일 수 있는 반면, 다른 극단적 경우에 입력 및 출력 데이터를 위한 작은 메모리만을 가지고 과제 전체를 처리할 수 있는 시스템 내에 모든 특정 기능이 배선된 대형 CPU일 수 있다. 현재의 기술은 예를 들면 큰 메모리와 고속이지만 간단한 CPU를 구비한 컴퓨터와 같은 프로그램된 논리 쪽으로 많이 기울고 있다.Optimizing the size of a conventional base unit (typically a transistor) and its speed (limited by the unit's inherent temporal response) is a conflicting design goal. Therefore, there must be a balance of both. The most important compromise in computer technology is hardware-software duality, which is implemented in the requirements of wired logic (CPU dominant or hardware dominant) over programmed logic (memory dominant or software dominant). Components of programmed logic are smaller than wired logic and can handle more tasks, but wired logic is faster than programmed logic. In one extreme case, it may be a bit adder (the smallest logical unit that can be summed) with a few logic gates that require large memory to get the result, while in the other extreme the input and output It could be a large CPU with all the specific functions wired into a system that can handle the entire task with only a small memory for the data. Current technology is leaned toward programmed logic, for example computers with large memory and high speed but simple CPUs.
분자급 전자기술을 구현하기 위해 진행중인 도전은 논리 기능을 가진 구조 내에 분자형 컴포넌트(molecular component)를 배열하기 위한 접근 방법을 추구하는 것이다. 이에 따라 논리 소자를 구축하는 데 있어서 기본적 스위칭 소자로서 분자형 컴포넌트를 이용할 수 있도록 하는 아키텍처에 대한 연구가 진행되어 왔다. 하나 이상의 기본 게이트의 완전한 세트로부터 임의의 게이트가 구성될 수 있다. 다른 논리 기능을 형성하기 위해 복수의 이들 기본 게이트를 직렬 또는 병렬로, 또는 두 가지의 조합으로 배열할 수 있다. 따라서, 기본 게이트의 기능성(functionality)을 실증하는 것이 강조되어 왔다. N및 게이트는 스스로 완전한 세트를 형성하는 하나의 기본 게이트이며, NOR 게이트는 스스로 완전한 세트 를 형성하는 또 하나의 기본 게이트이다. 다른 완전한 세트에는 및 게이트와 XOR 게이트의 조합, OR 게이트와 XOR 게이트의 조합, 및 게이트와 NOT(인버터라고도 함) 게이트의 조합, 및 OR 게이트와 NOT 게이트의 조합이 포함된다.The ongoing challenge to implementing molecular electronics is to pursue an approach for arranging molecular components within structures with logic functions. Accordingly, research has been conducted on architectures that enable the use of molecular components as basic switching devices in building logic devices. Any gate can be constructed from a complete set of one or more basic gates. A plurality of these basic gates can be arranged in series or in parallel, or a combination of the two to form other logic functions. Thus, the emphasis has been on demonstrating the functionality of the basic gate. N and gate are one basic gate which forms a complete set by themselves, and NOR gate is another basic gate which forms a complete set by itself. Other complete sets include and combinations of gates and XOR gates, combinations of OR gates and XOR gates, and combinations of gates and NOT (also called inverter) gates, and combinations of OR gates and NOT gates.
하나의 접근 방법에서, 상대적으로 서로 결합한 작은 분자들이 축적된 단일 분자를 이용한 기본 논리 기능이 제안되었다. 작은 분자 각각은 종래의 회로 소자의 기능을 모사하도록 설계된다. 그러한 추론적 분자는 James C. Ellenbogen 및 J. Christopher Love에 의한 2000년 3월자 IEEE 회보, 386-426쪽의 도 12 내지 도 14에 제시되어 있다. 이 논문은 본 명세서에 참고로서 포함된다. 상기 참고 자료의 도 12, 13 및 14에 제시된 분자는 각각 및 게이트, OR 게이트 및 반가산기(half adder)로 기능하는 것으로 제안되어 있다. 이 접근 방법의 단점은 상기 제안된 분자를 합성하기 어렵다는 점이다. 또한 분자 세그먼트의 동적 형태상 변화는 분자 세그먼트들 사이에 단락을 일으키는 경향을 갖는다.In one approach, basic logic functions have been proposed that use a single molecule with relatively small accumulations of small molecules bound together. Each small molecule is designed to simulate the function of a conventional circuit element. Such speculative molecules are presented in the March 2000 IEEE Bulletin, James C. Ellenbogen and J. Christopher Love, FIGS. 12-14 of pages 386-426. This article is incorporated herein by reference. The molecules shown in Figures 12, 13 and 14 of this reference are proposed to function as and gates, OR gates and half adders, respectively. The disadvantage of this approach is that it is difficult to synthesize the proposed molecule. In addition, dynamic morphological changes in molecular segments tend to cause shorts between the molecular segments.
또 다른 접근 방법에서, 리드들 사이에 있는 수백개의 분자형 다이오드로 이루어진 단일층(monolayer)을 함유하는 스위치와 종래의 회로 컴포넌트가 혼합 배열된 기본 논리 기능이 예시되었다. 스위칭 기능은 콘덴서 플레이트와 같은 종래의 두 금속판 사이에 배향된 분자형 다이오드의 단일층으로 이루어진 소자에서 예시되었다. 단일층은 분자 1개의 두께를 갖는 분자의 층이다. 단일층에서, 금속에 결합할 수 있게 하고 그 때문에 분자형 악어입 클립(molecular alligator clip)이라고 명명하게 된 작용기를 양단에 가진 분자들이 나란히 배향된다. 기능성을 가지게 된 양단은 금속판에 결합된다. N및 및 NOR 기능성을 갖는 것으로 제시된 분자 단일층을 기본으로 한 스위칭 소자를 내포하는 회로의 예가 David P. Nackashi 및 Paul D. Franzon에 의한 Proc, SPIE 2001, vol.4236 pp.80-88의 제목 "Moletronics: A circuit design perspective"인 논문의 도 5에 제시되어 있다. 이 논문은 그 전체가 참고로서 본 명세서에 포함된다. 또한, 배향된 분자 단일층을 내포하는 회로가 2000년 4월 18일자 출원된 미국 특허출원 대리인 기록 번호 OCR 1049호, 제목 "Molecular Scale Electronic Devices"인 논문에 기재되어 있으며, 이 논문은 본 명세서에 참고로서 포함된다.In another approach, a basic logic function is illustrated in which a switch containing a monolayer of hundreds of molecular diodes between leads and a mixture of conventional circuit components are arranged. The switching function is illustrated in a device consisting of a single layer of molecular diodes oriented between two conventional metal plates, such as a capacitor plate. A monolayer is a layer of molecules with a thickness of one molecule. In a single layer, molecules are oriented side by side with functional groups at both ends that allow them to bind to the metal and hence are termed molecular alligator clips. Both ends having the functionality are bonded to the metal plate. Examples of circuits containing switching devices based on molecular monolayers that have been shown to have N and and NOR functionality are described in Proc, SPIE 2001, vol. 4236 pp. 80-88 by David P. Nackashi and Paul D. Franzon. The paper "Moletronics: A circuit design perspective" is presented in FIG. 5. This article is incorporated herein by reference in its entirety. In addition, a circuit containing an oriented molecular monolayer is described in a paper, filed April 18, 2000, US Patent Application No. OCR 1049, entitled "Molecular Scale Electronic Devices," which is herein incorporated by reference. Included by reference.
상기 접근 방법 각각에서, 분자급 소자는 와이어드 논리를 실현한 것이다. 이것은 프로그램된 논리를 지향하는 최근의 기술 추세에 역행하는 것이다. 또한 와이어드 논리는 프로그램된 논리보다 결함에 대한 내구성이 적은 경향이 있다. 분자급 소자의 산업적 규모의 제조가 비용 효율적이고 효과적이기 위해서는 그러한 소자는 화학적 조립 과정에서 일어날 수 있는 결함에 대해 내구성을 가져야 한다.In each of these approaches, molecular class devices implement wired logic. This is in opposition to recent technological trends towards programmed logic. Wired logic also tends to be less resistant to defects than programmed logic. In order for industrial scale manufacturing of molecular class devices to be cost effective and effective, such devices must be durable against defects that may occur during chemical assembly.
분자급 전자기술은 우리의 현재 용량의 향상을 가로막는 계산처리 능력의 가능성을 제시한다. 그러므로 분자형 컴포넌트로부터 효과적이고 견실하며 재현성있는 방식으로 프로그램된 논리를 창출하는 기술이 요망된다.Molecular-level electronics offer the possibility of computational processing that hinders the improvement of our current capacity. Therefore, there is a need for techniques that generate logic programmed from molecular components in an effective, robust and reproducible manner.
하나의 바람직한 실시예에서, 본 발명은 분자형 컴포넌트를 이용하는 프로그램된 논리를 특징으로 한다. 대안적으로, 본 발명은 분자형 컴포넌트를 이용하는 프로그램된 메모리를 제공한다. 분자형 컴포넌트는 프로그램 가능한 작은 유닛을 형성하는 나노셀(nanocell) 내에 배열된다. 나노셀은 수조개에 달하는 분자를 함 유하며, 그중 수천개는 스위칭을 위해 적합한 배향을 가지는 것이 바람직하다. 이로써, 단일 분자 논리에 의해 실현되는 소형화(miniaturization)에 대한 소망과 견실한 프로그램 가능한 기능성에 대한 소망 사이에 균형이 이루어진다. 본 발명의 나노셀은 직접적 습식 화학적 기술로 조립된 단일 나노셀이 처음에는 하나의 논리 단위로서 실행하도록 프로그램되고 이어서 선택적으로 다른 하나의 논리 단위로서 기능하도록 재프로그램되는 이점을 갖는다. 또한 상기 나노셀은 표준 컴퓨터 내에 종래의 논리 단위의 위치에 알맞게 결합하도록 되어 있는 한편, 종래의 실리콘계 논리에서 현재 실현 가능한 것보다 작은 스케일로 동일한 기능성을 제공하게 되어 있다.In one preferred embodiment, the present invention features programmed logic using molecular components. Alternatively, the present invention provides a programmed memory using molecular components. Molecular components are arranged in nanocells that form small programmable units. Nanocells contain trillions of molecules, many of which preferably have a suitable orientation for switching. This creates a balance between the desire for miniaturization realized by single molecular logic and the desire for robust programmable functionality. The nanocells of the present invention have the advantage that a single nanocell assembled by direct wet chemical technology is initially programmed to run as one logical unit and then optionally reprogrammed to function as another logical unit. The nanocells are also adapted to suitably position the conventional logic units within a standard computer, while providing the same functionality on a smaller scale than currently available in conventional silicon-based logic.
본 발명의 나노셀의 다능성, 견실성 및 제조 용이성은 하나의 구조체로 자기 조립(self-assembly)될 수 있게 하는 분자형 컴포넌트로부터 나노셀을 구성함으로써 실현된다. 조립용 골격(scaffold)에 의해 인도되지 않을 경우, 분자형 컴포넌트는 랜덤 네트워크와 같은 램덤 배열로 조립된다. 상기 네트워크는 약 1 nm 내지 약 2 ㎛의 크기로 연장되는 것이 바람직하기 때문에 본 명세서에서는 이를 나노-네트워크라 칭한다. 랜덤 배열은 특정 분자형 컴포넌트가 특정 위치에 존재하지 않을 경우 나노셀의 기능에 거의 또는 전혀 영향을 주지 않는 이점을 갖는다. 즉, 상기 나노셀은 분자형 컴포넌트의 정밀한 배열과 무관하게 프로그램 가능하다. 상기 나노셀은 알고리즘이 분자형 컴포넌트의 배열에 맞추어지는 자기적응형 알고리즘(self-adaptive algorithm)이라 칭해지는 반복법(iterative method)에 의해 프로그램 가능하다. The versatility, robustness and ease of manufacture of the nanocells of the present invention are realized by constructing the nanocells from molecular components that allow self-assembly into one structure. Unless guided by a scaffold, the molecular components are assembled in a random array such as a random network. Since the network preferably extends in size from about 1 nm to about 2 μm, it is referred to herein as a nano-network. Random arrays have the advantage that little or no effect on the function of the nanocells occurs when a particular molecular component is not present at a particular location. That is, the nanocells are programmable regardless of the precise arrangement of the molecular components. The nanocells are programmable by an iterative method called a self-adaptive algorithm in which the algorithm is fitted to an array of molecular components.
이와 같이, 본 발명은 종래의 소자가 갖는 여러 가지 문제점의 극복을 가능하게 하는 특징과 이점이 조합되어 있다. 이상과 같이 설명한 여러 가지 특징 및 기타 특징은 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 이하의 상세한 설명과 첨부하는 도면을 참조함으로써 당업자에게 용이하게 명백해질 것이다.As such, the present invention combines features and advantages that enable the overcoming of various problems of conventional devices. Various features and other features described above will be readily apparent to those skilled in the art by referring to the following detailed description of the preferred embodiment of the present invention and the accompanying drawings.
본 발명의 바람직한 실시예에 대한 보다 구체적인 설명을 위해 아래와 같은 첨부 도면을 참조할 것이다:Reference will now be made to the accompanying drawings for a more detailed description of the preferred embodiments of the invention:
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 나노셀의 개략도이고;1 is a schematic diagram of a nanocell according to an embodiment of the present invention;
도 2a 및 2b는 본 발명의 실시예에 따른 리드의 배열에 대한 개략도이고;2A and 2B are schematic views of arrangement of leads in accordance with an embodiment of the present invention;
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 분자형 컴포넌트의 개략적 표기이고;3 is a schematic representation of a molecular component in accordance with an embodiment of the invention;
도 4a 및 4b는 도 3에 제시된 분자의 I(V) 응답에 대한 그래프이고;4A and 4B are graphs of the I (V) response of the molecule shown in FIG. 3;
도 5는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 분자형 컴퓨터의 개략도이고;5 is a schematic diagram of a molecular computer according to an exemplary embodiment of the present invention;
도 6은 "앨리게이터 클립(alligator clip)"으로서 피리딜기를 함유하는 분자형 소자의 개략적 표기이고;FIG. 6 is a schematic representation of molecular devices containing pyridyl groups as "alligator clips"; FIG.
도 7은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 모의 나노셀(simulated nanocell)의 개략도로서, 실선으로는 고전도성 분자를 "on"으로 나타내고 점선으로는 저전도성 분자를 "off"로 나타내며;7 is a schematic diagram of a simulated nanocell according to an exemplary embodiment of the present invention, in which solid lines represent high conductivity molecules as "on" and dotted lines represent low conductivity molecules as "off";
도 8은 인버터 게이트로서 기능하도록 프로그램된 도 7의 모의 나노셀의 개략도이고;8 is a schematic diagram of the simulated nanocell of FIG. 7 programmed to function as an inverter gate;
도 9는 N및 게이트로서 기능하도록 프로그램된 도 7의 모의 나노셀의 개략도 이고;9 is a schematic of the simulated nanocell of FIG. 7 programmed to function as N and gate;
도 10은 역반가산기(inverse half adder) 게이트로서 기능하도록 프로그램된 도 7의 모의 나노셀의 개략도이다.FIG. 10 is a schematic diagram of the simulated nanocell of FIG. 7 programmed to function as an inverse half adder gate.
나노셀Nanocell
먼저, 도 1을 참조하면, 분자형 전자 소자(10)는 나노셀(12)을 포함한다. 나노셀(12)은 최소한 하나, 바람직하게는 복수의 분자형 회로 컴포넌트(14)를 포함한다. 나노셀(12)은 바람직하게 약 2 ㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 약 1 nm 내지 약 2 ㎛의 선형 치수(16)를 가진다. 선형 치수(16)는 나노셀(12)의 측면(18)의 길이일 수 있다. 측면(18)은 분자형 회로 컴포넌트(14)를 둘러싸며 그 테두리를 정의한다. 나노셀(12)은 임의 수의 측면을 포함할 수 있고 1차원 내지 3차원일 수 있다. 도 1에서 나노셀(12)은 정사각형으로 도시되어 있다. 원형, 직사각형, 기타 임의의 적합한 형상인 다른 형상을 생각할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.First, referring to FIG. 1, the molecular
다시 도 1을 참조하면, 나노셀(12)은 최소한 하나의 입력 리드(20) 및 최소한 하나의 출력 리드(22)를 추가로 포함하는 것이 바람직하다. 입력 리드와 출력 리드의 수가 중요한 것은 아니다. 리드의 수는 종래의 리소그래피와 같은 리드(20, 22)를 형성하는 기술 및 나노셀(20)의 크기에 의해서만 제한되는 것이 바람직하다. 도 1에서 리드(20, 22)는 나노셀(12)의 에지에 도시되어 있으나, 리드의 다른 배열을 생각할 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들면, 도 2a에 도시된 바와 같이 입력 리드(23)와 출력 리드(25)가 나노셀(27)의 에지로부터 연장되어 서로 삽입되어 있을 수 있다. 대안적으로, 도 2b에 도시된 바와 같이 입력 리드(29)와 출력 리드(33)가 나노셀(39)의 에지를 정의하는 동심 원주(37)로부터 연장될 수 있다.Referring back to FIG. 1, the nanocell 12 preferably further includes at least one input lead 20 and at least one
나노-네트워크(20)는 각각의 입력 리드(20)와 각각의 출력 리드(22)에 걸쳐있는 것이 바람직하다. 리드(20, 22)는 금속성일 수 있고 금속 와이어와 같이 종래의 리소그래피의 상호접속부에 접속하도록 설계된다. 에지의 분자형 회로 컴포넌트(24)는 분자형 앨리게이터 클립(alligator clip)(26)을 통해 리드(20, 22)에 접속된다. 분자형 앨리게이터 클립은 황, 산소, 셀레늄, 인, 이소니트릴, 피리딘 및 카르복실레이트와 같은 성분을 기본으로 하고 금속에 결합하는 점착성 단부 기(end group)를 포함한다. 특히 바람직한 황계 분자형 앨리게이터 클립은 티올기이다. 분자형 회로 컴포넌트(14)는 2개, 3개, 4개, 5개, 6개 또는 그 이상의 말단(terminus)을 포함할 수 있음을 이해할 수 있으며, 그에 관한 참고 문헌으로는 본 명세서에 참고 자료로 포함되어 있는 Tour, J.M.; Kozaki, M.; 및 Seminario, J.M. "Molecular Scale Electronics: A Synthetic/Computational Approach to digital Computing," J.Am.Chem.Soc. 120,8486-8493(1998) 및 미국 특허 제6,259,777호가 있다. 각각의 말단은 분자형 앨리게이터 클립을 포함하는 단부인 것이 바람직하다.Nano-network 20 preferably spans each input lead 20 and each
계속해서 도 1을 참조하면, 나노셀(12)은 분자형 회로 컴포넌트가 최소한 네트워크의 부분을 형성하는 네트워크 구조를 갖는 나노-네트워크(28)인 것이 바람직하다. 나노-네트워크(28)는 랜덤 나노-네트워크인 것이 바람직하다. 특히, 나노- 네트워크(28)는 최소한 하나의 하기와 같은 무작위성 소자를 가지는 것이 바람직하다. 나노-네트워크(28)의 x선 결정 구조는, 바람직하게는 약 1 nm 내지 2 ㎛ 수준의 길이에 대해, 분자형 회로 컴포넌트의 주기적 또는 반주기적 배열을 나타내는 분명한 피크를 포함하지 않을 수 있다. 이와는 달리, 나노-네트워크(28)의 x선 결정 구조는 약 1 nm 내지 2 ㎛ 수준의 특성 길이가 없음을 나타내는 최소한 하나의 피크를 포함할 수 있다. 또 다른 경우로서, 나노-네트워크(28)는 스케일링 행태(scaling behavior), 멀티스케일링 행태(multi-scaling behavior), 프랙털(fractal) 특성 등을 나타내는 구조를 가질 수 있다. 또 다른 경우로서, 나노-네트워크(28)는 네트워크 내 나노입자 사이의 여러 개 분자의 포아손 분포(Poisson distribution)와 같은 공지의 랜덤 분포를 따르는 임의 축에 관한 분자형 회로 컴포넌트(14)의 배향을 포함하는 구조를 가질 수 있다. 또 다른 경우로서, 나노-네트워크(28)는 비결정성 또는 비정질 고체의 특성과 같은 공지의 랜덤 분포를 따르는 분자형 회로 컴포넌트(14)의 질량 중심의 위치를 포함하는 구조를 가질 수 있다. 본 명세서에서 사용하는 "랜덤"이란 용어는 임의의 다른 종래의 정의를 포함할 수 있으며 "무질서한" 및 "불규칙한"이라는 용어와 상호 교환하여 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 무작위성은 어느 소정 길이 수준에 대해 일어날 수 있음을 이해할 것이다. 특히, 여기서의 랜덤 네트워크란 용어는 장거리(long-range) 정렬이 거의 없는 네트워크를 포함한다. 장거리란 네트워크를 구성하는 컴포넌트의 길이 수준에 관해 긴 거리를 의미할 수 있다. 분자형 전자 소자(10)에서의 분자형 회로 컴포넌트(14)의 랜덤 배열이 가지는 이점은 상기 소자(10)가 장애(fault)에 대해 포용성이 있을 수 있다는 것이다.With continued reference to FIG. 1, the nanocell 12 is preferably a nano-
계속해서 도 1을 참조하면, 본 발명의 하나의 바람직한 실시예에서 나노-네트워크(28)는 자가 조립된다. 종래에 공지되어 있는 바와 같이, 자가 조립된 네트워크는 반응 조건의 변화와 같은 자극제에 응답하여 자신을 구성하는 부품으로부터 스스로를 생성한 것이다. 자가 조립된 나노-네트워크는 미리 결정되지 않은 구조를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 이 실시예의 자가 조립된 나노-네트워크는 인접한 나노 입자들 사이에서는 짧은 범위 수준만을 가지는 것이 바람직하고, 상대적으로 긴 길이 수준에 대해 무질서한 것이 바람직하다.With continued reference to FIG. 1, in one preferred embodiment of the present invention nano-
본 발명에서의 용도에 적합한 나노-네트워크는 비제한적으로 다음 설명에서와 같이 만들어지는 나노-네트워크를 포함한다. 금속 나노 입자가 산화물 격자(grid) 상에 깔린다. 산화물 격자는 나노-네트워크의 경계를 제공하는 홀을 구획하도록 재료가 제거된 반도체 기판일 수 있다. 나노 입자들 사이의 간격을 조절하기 위해 나노 입자 각각을 코팅하는 분자형 자가 조립된 단일층을 이용할 수 있다. 앞서 제시된 공정을 거쳐 나노 입자 각각을 둘러싼 불활성 자가 조립된 단일층 장벽 속으로 분자형 스위치가 삽입됨으로써 인접한 나노 입자들이 상호 연결된다. 상기 공정은 본 명세서에 참고로서 포함되어 있는 Dunbar, T.D.; Cygan, M.T.; Bumm, L.A.; McCarty, G.S.; Burgin, T.P.; Reinerth, W.A.; Jones, II, L.; Jackiw, J.J.; Tour, J.M.; Weiss, P.S.; Allara, D.L. J. Phys. Chem. B. 2000, 104, 4880-4893에 기재되어 있다.Nano-networks suitable for use in the present invention include, but are not limited to, nano-networks made as in the following description. Metal nanoparticles are deposited on an oxide grid. The oxide grating can be a semiconductor substrate from which material has been removed to partition holes that provide the boundaries of the nano-network. Molecular self-assembled monolayers that coat each of the nanoparticles can be used to control the spacing between the nanoparticles. Through the above-described process, the molecular switch is inserted into an inert self-assembled monolayer barrier surrounding each of the nanoparticles, thereby interconnecting adjacent nanoparticles. The process is Dunbar, TD, which is incorporated herein by reference; Cygan, MT; Bumm, LA; McCarty, GS; Burgin, TP; Reinerth, WA; Jones, II, L .; Jackiw, JJ; Tour, JM; Weiss, PS; Allara, DL J. Phys. Chem. B. 2000 , 104 , 4880-4893.
계속해서 도 1을 참조하면, 훈련 가능하고 임의의 적당한 종래 분자형 회로 컴포넌트를 포함하는 나노-네트워크(28)를 생각할 수 있다. 따라서, 분자형 회로 컴포넌트(14)는 분자형 와이어, 분자형 정류기(molecular rectifier), 분자형 다이오드, 분자형 스위치, 분자형 저항기, 분자형 트랜지스터 등, 그리고 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다. 분자형의 와이어, 정류기, 다이오드, 스위치, 저항기, 또는 트랜지스터는 회로 내에서 각각 종래의 와이어, 정류기, 다이오드, 스위치, 저항기, 또는 트랜지스터와 동일하게 기능할 수 있는 임의의 분자이다. 분자형 와이어의 예에는 올리고(페닐렌에티닐렌) 등이 포함된다. 분자형 정류기의 예에는 헥사데컬퀴놀리늄 트리시아노퀴노디메타니드 등이 포함된다.With continued reference to FIG. 1, a nano-
계속해서 도 1을 참조하면, 분자형 회로 소자(14)는 공액화 분자 세그먼트(conjugated molecular segment)를 포함하는 것이 바람직하다. 공액화 분자 세그먼트는 분자형 앨리게이터 클립으로서 기능하는 기로 말단에서 치환되어 있는 것이 바람직하다. 분자형 회로 소자용 공액화 분자 세그먼트 역할을 하는 공액화 분자의 예 및 분자형 앨리게이터 클립으로 기능화된 공액화 분자의 예는 각각 본 명세서에 참고로서 포함되는 다음과 같은 문헌에 기재되어 있다: Tour, J.M. "Molecular Electronics. Synthesis 및 Testing of Components," Accounts of Chemical Research, volume 33, number 11, pages 791-804(2000); Tour, J.M.; Kozaki, M.; 및 Seminario, J.M. "Molecular Scale Electronics: A Synthetic/Computational Approach to digital Computing," J. Am. Chem. Soc. 120, 8486-8493(1998); dirk, S.M., et al. "Accoutrements of a molecular computer; switches, memory components 및 alligator clips," Tetrahedron 57, pp.5109-5121(2001). 또한 분자형 회로 컴포넌트(14)는 본 명세서에 참고로서 포함되어 있는 2000년 4월 18일자 미국 특허출원 번호 제 호이고 대리인 목록 번호 OCR 1049호, 제목 "Molecular scle Electronic Devices"에 기재된 임의의 분자, 전도성 유기 재료 또는 전도성 경로를 포함할 수 있다.With continued reference to FIG. 1, the
분자형 회로 컴포넌트(14)는 네거티브 차분 저항(differential resistance)를 나타내는 것이 바람직하다. 종래의 공진 터널링 다이오드(resonant tunneling diode)도 네거티브 차분 저항을 나타낸다. 그러나 종래의 공진 터널링 다이오드는 갈륨비소를 기재로 한다. 네거티브 차분 저항은 부정(negation)을 허용하기 때문에 논리의 설계에서 특히 유용한 특성이다.The
도 3을 참조하면, 분자형 회로 컴포넌트(14)는 분자형 다이오드(30)일 수 있다. 분자형 다이오드의 예로는 모노니트로 치환된 올리고페닐렌(32)으로서 특히 4,4'-디페닐렌에티넬렌-2'-니트로-1-벤젠티올 및 디니트로 치환된 올리고페닐렌(34)으로서 특히 2',5'-디니트로-4,4'-디페닐렌에티닐렌-1-벤젠티올이 포함된다.Referring to FIG. 3, the
다른 분자형 다이오드로는 분자(32) 및 분자(34)의 디티올 치환된 동족체로서 특히 4,4'-디페닐렌에티넬렌-2'-니트로-1,4"-벤젠디티올 및 2',5'-디니트로-4,4'-디페닐렌에티닐렌-1,4"-벤젠디티올이 각각 포함된다. 이들 분자 각각은 각 단부에 티올기를 포함한다. 그러한 구조는 각 단부가 금(gold)에 접촉하는 분자형 회로 컴포넌트(14)용으로 바람직하다. 본 명세서에서 사용하는 분자형 스위치란 용어는 이들 분자가 스위치로서 기능할 수 있게 하는 전기적 환경에 있을 때 이들 분자도 포함하여 의미한다. 상기 전기적 환경은 치환체를 부가하거나 변경함으로써, 다른 분자를 상기 분자형 다이오드에 결합시킴으로써, 또는 예를 들면 분자형 앨리게이터 클립에 의해 회로 소자에 분자형 다이오드를 접속함으로써 형성될 수 있다.Other molecular diodes include the dithiol substituted homologs of
나노셀(12)은 나노스케일(nanoscale) 컴포넌트(40)를 추가로 포함할 수 있다. 나노스케일 컴포넌트(40)는 나노-네트워크(28)의 부분으로서 배열되는 것이 바람직하다. 나노스케일 컴포넌트는 전기 커넥터의 기능성을 가질 수 있어서 분자형 컴포넌트(14)를 전도성 네트워크로 형성하는 것을 보조한다. 또한, 나노스케일 컴포넌트는 컨덕턴스, 전기용량, 저항, 임피던스 등과 같은 전기 회로 컴포넌트의 기능성을 가질 수 있다. 나노스케일 컴포넌트의 예에는 나노튜브(nanotube), 나노입자, 나노로드(nanorod), 및 이들의 조합이 포함된다. 나노입자 및 나노튜브의 예는 본 명세서에 참고로서 포함되는 Reed, M.A. 및 Tour, J.M. Scientific American 282, pp.86-93(2000)에 기재되어 있다. 나노로드의 예는 본 명세서에 참고로서 포함되는 Martin, B.R., et al. "Orthogonal self-assemble on colliodal gold-platinum nanorods," Adv. Mater. 11, pp.1021-1025(1999)에 기재되어 있다.
도 1에서 하나의 분자형 회로 컴포넌트(14)가 실선으로 도시되어 있는 곳에서 복수의 분자형 회로 컴포넌트(14)가 치환될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들면, 복수의 분자형 회로 컴포넌트(14)가 한 쌍의 나노스케일 컴포넌트(40) 각각에 접촉하여 나노스케일 컴포넌트들을 연결할 수 있다.It will be appreciated that a plurality of
계속애서 도 1을 참조하면, 예시적 배열에서, 나노셀(10)은 분자형 스위치(52) 및 나노입자(54)를 포함한다. 나노입자(54)는 금속성인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 금이다. 분자형 스위치(52)는 양 단부에 티올 분자형 앨리게이터 클립을 구비한 스위치인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 2,5-디니트로-4,4'-디페닐렌에티닐렌-1,4-벤젠디티올이다. 에지 분자형 스위치(56)는 입력 리드(20) 및 출력 리드(22)에 접속된다. 분자형 스위치(52)는 나노입자(54)를 상호 접속시킨다. 여기서, 상호 접속이란 용어는 전기적 연속성을 가능하게 한다는 의미에서 사용된다. 이러한 의미에서, 다른 각도에서 보면 나노입자(54)가 분자형 스위치(52)를 상호 접속시킨다. 또한, 분자형 스위치(52)에 의해 제공되는 전기적 연속성은 영구적일 필요는 없으며 분자형 스위치(54)를 구성함으로써 단절될 수 있다.With continued reference to FIG. 1, in an exemplary arrangement, nanocell 10 includes a
나노-네트워크(28)는 분자형 스위치(52) 및 나노입자(54)에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 특히 나노입자(54)는 거의 또는 전혀 정돈되지 않게 배열되는 것이 바람직하다. 또한, 분자형 스위치(52)는 나노입자(54)를 상호 접속시킨다. 모든 나노입자(54)가 다른 나노입자(54)에 접속되는 것은 아니고 일부의 나노입자(54)는 1개 이상, 또는 2개 이상의 다른 나노입자에 접속되며, 그러한 접속은 무작위로 분포될 수 있다.Nano-
나노셀(12)의 임피던스 특성은 나노입자(54)의 금속, 분자형 회로 컴포넌트(14)의 공액화 중추 구조, 분자형 회로 컴포넌트(14)의 앨리게이터 클립에 대한 성분, 리드(20, 22)의 기하학적 구조, 및 임피던스를 조절하는 기타 적합한 특성 중 어느 하나 또는 조합을 변경함으로써 최적화할 수 있음을 이해할 것이다.
Impedance characteristics of the nanocells 12 include metals of the
또한, 분자형 회로 컴포넌트(14)는 세 가지, 네 가지, 다섯 가지 또는 여섯 가지 상태 분자와 같은 다중 상태 분자일 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들면 C60은 6개의 전자를 증분식으로 취함으로써 얻어지는 여섯 가지 독립적 상태를 가진다. 따라서, 분자형 회로 컴포넌트(14)는 "0"과 "1" 또는 "on"과 "off"의 2진 논리에 한정되지 않으며, 예를 들면 3진 및 4진 논리를 생각할 수 있다. It will also be appreciated that the
도 5를 참조하면, 복수의 프로그램 가능한 전자 소자(62), 바람직하게는 나노셀(64)이 표준 리소그래픽 방식으로 제조된 금속 와이어에 의해 상호 접속되어 분자형 컴퓨터(66)를 형성할 수 있다. 나노셀(64)은 도 1에 관하여 앞에서 설명한 바와 같이, 보다 바람직하게는 예를 들어 도 4에 제시된 바와 같이 구성되는 것이 바람직하다. 와이어(65)에 의한 상호 접속을 위해 임의의 종래 아키텍처를 생각할 수 있다.Referring to FIG. 5, a plurality of programmable
프로그램 가능성(programmability)Programmability
다시 도 1을 참조하면, 분자형 전자 소자(10)는 프로그램 가능한 것이 바람직하다. 보다 구체적으로, 분자형 전자 소자(10)는 자기적응형 알고리즘(self-adaptive algorithm)으로 프로그램될 수 있는 것이 바람직하다. 여기서 말하는 자기적응형 알고리즘이란 시스템을 원하는 상태로 이동시키기 위해 상기 알고리즘이 질의하고 시스템을 조절하는 반복 프로세스를 이용하여 "진화"해 갈 수 있는 것을 의미한다. 보다 구체적으로, 자기적응형 알고리즘은 시스템의 실제 결과를 목표 결과에 비교하고 실제 결과와 목표 결과 사이의 차이 함수를 기초로 시스템으로의 입력을 조절하는 일련의 규칙을 포함하는 알고리즘의 한 부류이다. 다음 번 실제 결과는 시스템의 동작에 따라 조절된 입력과 관계된다. 입력을 반복적으로 조절함으로써 실제 결과는 목표 결과에 수렴한다. 이러한 방식으로 자기적응형 알고리즘은 시스템을 훈련한다.Referring again to FIG. 1, the molecular
분자형 소자(10)는 분자형 회로 컴포넌트(14)를 구성하기 위한 자기적응형 알고리즘에 의해 프로그램 될 수 있는 것이 바람직하다.The
바람직한 실시예에서, 분자형 회로 컴포넌트(14)는 리드(20, 22)를 가로질러 전압을 인가함으로써 구성될 수 있는 것이 바람직하다. 예를 들면, 분자형 회로 컴포넌트(14)는 리드(20, 22)를 가로질러 전압을 인가함으로써 전도도(conductivity)에 영향을 주는 특성이 조절될 수 있는 분자를 포함할 수 있다. 조절되는 전도도에 영향을 주는 특성은 전하, 입체 배좌(conformational state) 상태, 전자적 상태(electronic state) 등과 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.In a preferred embodiment, the
분자형 회로 컴포넌트(14)가 다른 방법으로 구성될 수 있음은 이해될 것이다.It will be appreciated that the
올리고페닐렌계 분자형 와이어 및 스위치는 그의 전도도가 전하, 전자적 상태 및 입체 배좌 상태에 의해 영향받는 분자의 예이다. 이들 분자를 가로질러 전압을 인가하면 전자작 상태간에 전이(transition)를 일으킬 수 있다고 믿어진다. 전압은 분자가 전자를 끌어당기게 함으로서 전하의 증가를 가져올 수 있다. 또한, 하전되면 분자는 여기된 전자적 상태로 전이된다. 페닐 고리는 파이 궤도와 같은 전자 궤도가 정렬되도록 서로 상대적으로 회전하여 분자 길이로 연장되는 분자 궤도를 형성한다. 인가된 전압의 존재 하에서 분자 궤도를 통해 전자적 연속성이 이루어져서 분자가 전도성을 갖는 것으로 믿어진다. 스위칭 기능을 갖는 분자 기구에 대한 설명은 본 명세서에 참고로서 포함된 Donhauser, Z.J. et al., Science 292, pp.2303-2307(2001)에 실려 있다.Oligophenylene-based molecular wires and switches are examples of molecules whose conductivity is affected by charge, electronic state and steric state. It is believed that applying a voltage across these molecules can cause transitions between electronic states. Voltage can cause an increase in charge by causing molecules to attract electrons. In addition, when charged, the molecule transitions to the excited electronic state. Phenyl rings rotate relative to one another to align electron orbits, such as pi orbits, to form molecular orbits extending to the molecular length. It is believed that the molecule is conductive by establishing electronic continuity through the molecular orbits in the presence of an applied voltage. A description of molecular instruments with switching functions is provided in Donhauser, Z.J. et al., Science 292, pp. 2303-2307 (2001).
바람직한 실시예에서, 분자에 접촉하는 리드를 만드는 데 사용된 재료의 전기적 특성은 분자형 전자 전이의 에너지론에 합치된다. 특히 공액화 분자형 회로 소자에 접촉하는 금속의 페르미 에너지(Fermi energy)는 에너지 면에서 분자형 회로 소자의 가장 낮은 미점유 분자 궤도(unoccupied molecular orbital; LUMO) 에너지에 근접한다. 이것은 금속과 분자간 접속의 임피던스 특성을 최적화하는 이점을 갖는다.In a preferred embodiment, the electrical properties of the material used to make the lead in contact with the molecule are consistent with the energy theory of molecular electron transitions. In particular, the Fermi energy of the metal in contact with the conjugated molecular circuit device is close in energy to the lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) energy of the molecular circuit device. This has the advantage of optimizing the impedance characteristics of the metal and intermolecular connection.
분자형 스위치의 작동은 분자형 와이어와 상이하다. 스위치의 전도도는 전압을 인하한 다음 제거함으로써 비교적 장시간 동안 안정한 상태로 바뀔 수 있다. 도 3을 참조하면, 분자(34)를 사용하여 최소한 24시간의 안정 시간(stability time)이 얻어졌다. 또한, 분자형 스위치를 구비한 시스템의 향상된 실링(sealing); 복수의 니트로기를 갖는 유사한 올리고페닐렌계 분자의 이용; 또는 새로운 부류의 분자의 이용에 의해 수일 또는 수개월과 같이 더욱 긴 안정 시간이 가능한 것으로 예상된다. 바람직한 분자형 스위치는 스위칭 전압을 인가함으로써 구성될 수 있으며 스위칭 전압 이하의 작동 전압을 인가함으로써 고전도도 상태 또는 저전도도 상태 중 하나로 작동된다.
The operation of molecular switches is different from molecular wires. The conductivity of the switch can be changed to a stable state for a relatively long time by lowering and then removing the voltage. Referring to FIG. 3, stability time of at least 24 hours was obtained using the
도 3을 참조하면, 분자형 스위치의 작동이 분자(34)의 작동에 의해 예시된다. 2.0 V 이상의 스위칭 전압이 분자(34)에 인가되면 분자(34)는 고전도도 상태로 바뀌고, -2.0 V 이하의 대응 전압이 분자(34)에 인가되면, 분자(34)는 저전도도 상태로 바뀔 것이다. 스위칭 전압은 고전도도 상태인 경우 약 0.2 내지 3.0 V이고 저전도도 상태인 경우 -0.2 내지 -3.0 V인 것이 바람직하다. 도 4에서 고전도도 상태는 검은 점으로 추적되는 I(V) 곡선과 관계되고, 저전도도 상태는 흰 점으로 추적되는 아래 쪽 I(V) 곡선과 관계된다. 고전도도 상태와 저전도도 상태 사이의 차별화도(degree of differentiation)는 이들 두 곡선간의 차이에 의해 측정된다. 분자(36)에 -2 V 내지 2 V의 작동 전압이 인가되면, 분자는 자신이 최근에 스위칭된 고전도도 또는 저전도도에 따라 전도한다. 고전도도 상태에 있는 분자는 또한 네거티브 차분 저항(NDR) 한계를 초과하는 전압이 인가될 경우 저전도도를 나타낼 것이다. NDR 효과에 기인한 고전도도 상태에 있는 분자의 고전도도와 저전도도 사이의 미분화도는 검은 점으로 추적되는 I(V) 곡선 상의 최고점과 최저점 사이의 비율에 의해 결정된다. 작동 전압의 절대치는 약 0.2 V 내지 약 2.0 V인 것이 바람직하다.Referring to FIG. 3, the operation of the molecular switch is illustrated by the operation of
다시 도 1을 참조하면, 나노셀(12)은 분자형 스위치(54)를 설정하기 위한 알고리즘에 의해 프로그램 가능한 것이 바람직하다. 분자형 스위치(54)는 리드(20, 22)를 가로질러 전압을 인가함으로써 설정 가능한 것이 바람직하다. 나노셀(10)을 프로그램하기 위한 자기적응형 알고리즘이 리드(20, 22)에 직접 접속되지 않는 분자형 스위치인 원격 분자형 스위치를 구성하는 리드(20, 22)에 인가될 수 있는 전 압 조합을 학습할 수 있는 것이 바람직하다.Referring again to FIG. 1, the nanocell 12 is preferably programmable by an algorithm for setting the
자기적응형 알고리즘의 형태는 중요하지 않음을 이해할 것이다. 나노-네트워크(28)와 같은 네트워크를 훈련할 수 있는 적합한 종래의 자기적응형 알고리즘이면 어느 것이나 이용할 수 있다. 자기적응형 알고리즘의 에에는 유전학적 알고리즘, 모의 어닐링 알고리즘(simulated annealing algorithm), 보강 학습 알고리즘(reinforcement learning algorithm), 시간 차이 알고리즘, 고 위드 더 위너 알고리즘(go with the winner algorithm) 등이 포함된다. 자기적응형 알고리즘의 원리는 본 명세서에 참고로서 포함되는 Goldberg, D.E., Genetic algorithms in Search, Optimization, 및 Machine learning, (Addison Wesley, Reading, MA, 1989), pp.1-15, 221-229에 기재되어 있다.It will be appreciated that the form of the self-adaptive algorithm is not important. Any suitable conventional self-adaptive algorithm capable of training a network such as nano-
자기적응형 알고리즘은 오류 회복성(error-resilient)이라는 이점을 갖는다. 또한, 자기적응형 알고리즘의 이용은 장애 포용성(fault tolerance)의 이점을 제공한다. 따라서, 분자형 전자 소자(10)는 비용 효율적 신뢰도를 가지고 산업적 규모로 구현될 수 있는 자가조립 방법에 의해 제조될 수 있도록 되어 있다. 자기적응형 알고리즘은 보조 컴퓨터 내에 코드화될 수 있다.Self-adaptive algorithms have the advantage of error-resilient. In addition, the use of self-adaptive algorithms provides the advantage of fault tolerance. Accordingly, the molecular
본 발명의 이점은 분자형 전자 소자(10)의 프로그램 가능성은 처음 조립된 상기 소자가 특정 논리 소자로서 기능할 필요가 없음을 의미하는 것이다. 따라서, 분자형 전자 소자(10), 나노셀(12) 및 나노-네트워크(28)는 미리 설정된 구조를 가질 필요가 없다. 나노셀(12) 및 특히 나노-네트워크(28)는 랜덤일 수도 있는 중간 구조로 자가조립될 수 있다. 자기적응형 알고리즘은 원하는 소자로서 기능하도록 소자(10)를 프로그램하는 데 이용될 수 있다.An advantage of the present invention is that the programmability of the molecular
바람직한 실시예에서, 소자(10)는 및 게이트, OR 게이트, XOR 게이트, NOR 게이트, NOT 게이트 및 N및 게이트 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 논리 단위로서 기능하도록 프로그램될 수 있다. 따라서 이 실시예에서 소자(10)가 프로그램되면, 이 소자는 AND, OR, XOR, NOR, NOT 및 N및 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 논리 소자를 구비한 프로그램된 논리 소자이다.In a preferred embodiment,
또 다른 바람직한 실시예에서, 소자(10)는 가산기, 반가산기, 멀티플렉서, 디코더 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 논리 단위로서 기능하도록 프로그램될 수 있다. 따라서, 이 실시예에서 소자(10)가 프로그램되면, 이 소자는 가산기, 반가산기, 멀티플렉서, 디코더 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 논리 소자를 구비한 프로그램된 논리 소자이다. 또 다른 바람직한 실시에에서, 소자(10)는 메모리 단위로서 기능하도록 프로그램될 수 있다.In another preferred embodiment,
소자(10)는 입력/출력 핀에 의해 지지되는 진리표(truth table)를 갖는 임의의 게이트로서 기능하는 것이 바람직함을 이해할 것이다.It will be appreciated that
소자(10)는 프로그램 가능한 것이 바람직하다. 특히, 전술한 논리 단위 또는 메모리 단위 중 하나로서 기능하도록 초기에 프로그램된 소자(10)는 전술한 논리 소자 또는 메모리 소자 중 다른 하나로서 기능하도록 프로그램될 수 있다. 따라서, 소자(10)는 범용성의 이점을 갖는다.The
이상과 같이 설명한 프로그램 가능성은 이하에 설명하는 바람직한 프로그래밍 방법과 조합하여 전술한 나노셀 구조의 바람직한 토폴로지(topology)를 이용하 여 달성된다.The programmability described above is achieved using the preferred topology of the nanocell structure described above in combination with the preferred programming method described below.
프로그래밍 방법Programming method
전자 컴포넌트의 바람직한 제조 방법은 자가조립 나노셀을 제공하는 단계 및 상기 나노셀이 전자 컴포넌트로서 기능하도록 프로그래밍하는 단계를 포함한다. 나노셀은 전술한 실시예의 어느 하나에 따른 나노셀인 것이 바람직하다.Preferred methods of making electronic components include providing self-assembled nanocells and programming the nanocells to function as electronic components. The nanocell is preferably a nanocell according to any one of the embodiments described above.
나노셀의 프로그래밍은 분자형 회로 컴포넌트를 구성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 분자형 회로 컴포넌트를 구성하는 단계는 입력 리드 및 출력 리드를 가로질러 전압을 인가함으로써 최소한 하나의 분자형 회로 컴포넌트의 전도도에 영향을 주는 물성의 조절 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 전도도에 영향을 주는 물성은 전술한 전도도 영향 물성 중에서 선택될 수 있다.Programming of the nanocells preferably includes constructing molecular circuit components. Configuring the molecular circuit components preferably includes adjusting physical properties that affect the conductivity of the at least one molecular circuit component by applying a voltage across the input leads and the output leads. Physical properties that affect conductivity may be selected from the above-described conductivity influence properties.
나노셀의 프로그래밍은 나노셀의 성능을 시험하는 단계를 추가로 포함하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 성능은 나노셀의 입력/출력 작동 전압 관계와 원하는 논리 진리표와 같은 목표 진리표를 비교함으로써 테스트될 수 있다.The programming of the nanocells preferably further comprises testing the performance of the nanocells. For example, the performance can be tested by comparing the input / output operating voltage relationship of the nanocell with a target truth table, such as a desired logic truth table.
나노셀의 프로그래밍은 나노셀이 원하는 전자 컴포넌트로서 기능할 때까지 상기 분자형 회로 컴포넌트의 구성 단계 및 나노셀의 성능 시험 단계를 반복하는 것을 추가로 포함하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 입력/출력 작동 전압 관계가 원하는 소정의 오차 내에서 전술한 목표 진리표에 일치될 때까지 상기 단계를 반복할 수 있다. 일단 프로그램되면 전자 컴포넌트는 전술한 논리 단위 또는 메모리 단위 또는 다른 유사 소자 중 어느 하나의 역할을 한다.The programming of the nanocells further preferably includes repeating the construction of the molecular circuit components and the performance testing of the nanocells until the nanocells function as desired electronic components. For example, the above steps may be repeated until the input / output operating voltage relationship matches the target truth table described above within the desired error. Once programmed, the electronic component serves as one of the logical units or memory units described above or other similar elements.
자가조립 나노셀을 제공하는 방법은 복수의 나노셀 컴포넌트를 랜덤 어레이 로 자가조립시키는 단계, 복수의 분자형 회로 컴포넌트를 나노스케일 컴포넌트들 사이에 상호 접속된 네트워크 내에 자가조립시키는 단계 및 분자형 회로 컴포넌트를 분자형 앨리게이터 클립으로 나노스케일 컴포넌트에 결합하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 랜덤 어레이는 짧은 범위 정렬(short-range order) 및 긴 범위 비정렬(long-range disorder)을 갖는 어레이일 수 있다. 상기 분자형 앨리게이터 클립은 전술한 분자형 앨리게이터 클립으로서 유용한 임의의 성분을 포함할 수 있다. 바람직한 성분은 티올기이다. 상기 나노스케일 컴포넌트는 예를 들면 전술한 나노스케일 컴포넌트 중 임의의 것일 수 있다. 분자형 회로 컴포넌트는 예를 들면 전술한 분자형 회로 컴포넌트 중 임의의 것일 수 있다.Methods of providing self-assembled nanocells include self-assembling a plurality of nanocell components into a random array, self-assembling the plurality of molecular circuit components into a network interconnected between nanoscale components, and molecular circuit components. It is preferred to include the step of binding to the nanoscale component with a molecular alligator clip. The random array may be an array with short-range order and long-range disorder. The molecular alligator clip may comprise any component useful as the molecular alligator clip described above. Preferred components are thiol groups. The nanoscale component can be any of the nanoscale components described above, for example. The molecular circuit component can be any of the molecular circuit components described above, for example.
나노셀의 프로그래밍 또는 훈련을 위한 전술한 임의의 실시예를 복수의 나노셀로부터 컴퓨터를 조립하는 데 이용할 수 있다. 컴퓨터를 만드는 하나의 방법은 복수의 훈련된 자가조립 나노셀을 제공하는 단계, 상기 훈련된 나노셀을 복수의 훈련되지 않은 나노셀에 상호 접속하는 단계, 및 훈련된 나노셀이 훈련되지 않은 나노셀을 훈련시키도록 하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 방법의 이점은 훈련된 나노셀이 훈련되지 않은 나노셀의 부트스트랩 훈련(bootstrap training)에 이용된다는 것이다. 따라서 상기 방법은 나노셀의 상호 접속을 계층적으로(hierarchically) 반복하는 단계 및 최근 훈련된 나노셀을 훈련되지 않은 나노셀의 훈련을 위해 이용하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 분자형 컴퓨터는 복수의 나노셀로부터 신속하고도 효율적으로 만들어질 수 있다.Any of the embodiments described above for programming or training nanocells can be used to assemble a computer from a plurality of nanocells. One method of making a computer is to provide a plurality of trained self-assembled nanocells, interconnecting the trained nanocells to a plurality of untrained nanocells, and the trained nanocells to which the trained nanocells are not trained. It is preferable to include the step of training the training. The advantage of the method is that the trained nanocells are used for bootstrap training of untrained nanocells. Thus, the method may include hierarchically repeating the interconnection of nanocells and using recently trained nanocells for training untrained nanocells. In this way, molecular computers can be made quickly and efficiently from a plurality of nanocells.
[실시예] EXAMPLE
실시예 1 공액 분자의 합성 Example 1 Synthesis of Conjugated Molecules
스위치 및 메모리 컴포넌트Switch and memory components
더 많은 니트로기를 부가함으로써 전자 기억 시간을 향상하고자 하는 노력의 일환으로 합성 목표 1 및 2를 선정했다. SAc기는 산 또는 염기로 처리하면 유리 티올(SH)로 용이하게 분해된다. 화합물 1의 합성 개요를 스킴 1에 제시한다.
화합물 1의 합성은 2,5-디브로모-4-니트로아닐린(3)을 페닐아세틸렌에 Sonogashira 커플링 반응시키는 것으로 시작하여 화합물 4를 얻고 이것을 HOF 산화 반응시켜 화합물 5를 형성하였다. 최종 커플링 반응을 통해 원하는 화합물 1을 24%의 수율로 제조하였다. 이 커플링 반응에서의 낮은 수율은 티올이 용이하게 탈보호되는 것을 의미하거나, 또는 커플링 반응중에 형성된 팔라다사이클(palladacycle) 중간체가 안정하다는 것을 의미할 수도 있다.Synthesis of
스킴 1
전자를 전도하기 위해서 바람직하게는 공액 분자 내의 모든 페닐 고리가 서로 평면을 이루어야 한다. 페닐기가 말단 페닐에티닐기를 치환할 경우, 계는 평면성을 이룰 수 없다. 회전형 장벽(즉 전도 장벽)의 효과를 측정하기 위한 노력의 일환으로, 화합물 2의 합성은 2,5-디브로모-4-니트로아세트아닐리드(6)를 페닐보론산에 Suzuki 커플링하는 단계를 통해 개시하여 화합물 7을 형성하였다. 아세틸기를 제거하여 아닐린(8) 작용성을 제공하고, 이어서 HOF 산화 반응을 진행시켜 거의 정량적 수율로 화합물 9를 제조하였다. 최종적으로 Sonogashira 커플링 반응에 의해 화합물 2를 제조하였다.In order to conduct electrons, preferably all phenyl rings in the conjugated molecules must be planar to each other. When a phenyl group substitutes for a terminal phenylethynyl group, the system cannot achieve planarity. In an effort to measure the effect of the rotating barrier (ie, the conducting barrier), the synthesis of Compound 2 involves the step of Suzuki coupling 2,5-dibromo-4-nitroacetanilide ( 6 ) to phenylboronic acid. Started through to form Compound 7. The acetyl group was removed to provide aniline ( 8 ) functionality, followed by HOF oxidation to prepare compound 9 in near quantitative yield. Finally, Compound 2 was prepared by Sonogashira coupling reaction.
스킴 2Scheme 2
스킴 3Scheme 3
퀴논 함유 분자계의 전기화학적 특성을 연구할 목적에서 화합물 13을 합성하였다. 스킴 3은 1,4-디메톡시벤젠(10)으로부터 화합물 13을 합성하는 과정을 나타낸다. 브롬과 빙초산을 이용하여 양호한 수율로 화합물 10을 화합물 11로 변환하였다. 다음에 화합물 11을 과량의 페닐아세틸렌을 사용하여 교차 커플링(cross-coupling)하여 화합물 12를 얻고, 이어서 산화시켜 퀴논으로 만들어 원하는 화합물 13을 얻는다. 퀴논 화합물은 팔라듐(0)을 산화시켜 팔라듐(II)으로 만들어 촉매 사이클을 종결시키는 것으로 알려져 있으므로 팔라듐을 촉매로 하는 커플링에서 일반적으로 퀴논 화합물을 사용할 수 없기 때문에 상기 합성 루트를 이용하지 않을 수 없었다. 세릭 암모늄니트레이트(CAN)은 디메톡시벤젠으로부터 퀴논을 생성하는 것으로 알려진 온화한 중성 산화제이므로 이 공정을 위한 필연적 선택이었다18. 이 산화 반응에 의해 원하는 퀴논 화합물을 47%의 수율로 얻었다. 상기 산화 반응을 위한 최적 조건은 이들 계에서는 아직 얻어지지 않았다.
Compound 13 was synthesized for the purpose of studying the electrochemical properties of quinone containing molecular systems. Scheme 3 shows the process of synthesizing compound 13 from 1,4-dimethoxybenzene ( 10 ). Bromine and glacial acetic acid were used to convert
스킴 4Scheme 4
스킴 4는 보호된 앨리게이터 클립 역할을 하는 하나의 티오아세테이트기를 가진 퀴논 함유 분자계의 합성 과정을 나타낸다. 페닐아세틸렌을 사용하여 화합물 11을 교차 커플링하여 화합물 14를 얻었는데 이 때의 수율은 Sonogashira 커플링 조건 하에서 화합물 11의 양측 아릴 브로마이드의 동일한 반응성으로 인해 보통 수준으로 통계상 예상되는 33%이었다. 화합물 14와 트리메틸실릴아세틸렌의 교차 커플링에 의해 화합물 15를 제조하고 이어서 알킨의 탈보호에 의해 화합물 15를 얻었다. 계속해서 4-요오도벤젠티오아세테이트와 함께 팔라듐을 촉매로 한 교차 커플링에 의해 화합물 16을 얻었다. CAN 산화 반응을 거쳐 최종 화합물 17을 74%의 수율로 얻었다. 그러나 이 수율은 드물게 얻어진 결과였다. 다른 시도에서는 훨씬 낮은 수율(∼20%)이 얻어졌다. 상기 CAN 산화 반응의 조건을 최적화하기 위한 추가 작업이 진행중이다.
Scheme 4 illustrates the synthesis of a quinone containing molecular system with one thioacetate group that acts as a protected alligator clip. Compound 11 was cross-coupled with phenylacetylene to yield
스킴 5Scheme 5
스킴 5는 양단에 앨리게이터 클립을 가진 퀴논 함유 분자계의 합성 과정을 나타낸다(5). 이 화합물은 미래의 분자형 전자 소자에서 접속을 중개하기 위한 금속성 나노입자(nanoparticle)를 가교결합시키는 데 이용될 수 있다. 화합물 11을 과량의 트리메틸실릴아세틸렌으로 교차 커플링하고 이어서 탈보호함으로써 양호한 수율로 디인(diyne) 화합물 18을 얻었다. 계속해서 이 화합물을 2 당량의 4-요오도벤젠티오아세테이트로 교차 커플링하여 화합물 19를 얻었다. 최종적으로 CAN 절차를 이용하여 화합물 19를 산화시킴으로써 보통의 수율로 화합물 20을 생성하였다.Scheme 5 illustrates the synthesis of a quinone-containing molecular system with an alligator clip at both ends (5) . This compound can be used to crosslink metallic nanoparticles to mediate connections in future molecular electronic devices.
앨리게이터 클립Alligator clips
분자형 전자 소자로 결합하기 위한 피리딘 앨리게이터 클립을 함유하는 여러 가지 화합물의 합성은 화합물 21을 사용하여 시작되었다. 화합물 22의 합성은 하기 반응식 1에 제시된 바와 같이 피리딘 21을 2,5-디브로모니트로벤젠과 커플링함 으로써 이루어졌다. 수율이 낮은 것은 TMS기가 분리된 후 형성된 커퍼 아세틸리드가 안정하기 때문으로 생각된다. 본래 위치에서 탈보호를 하지 않은 경우, 피리딘 알킨은 불안정함이 입증되었다.The synthesis of various compounds containing pyridine alligator clips for binding to molecular electronic devices began with compound 21 . Synthesis of
화합물 24는 스킴 6에 따라 합성되었다. 상기 합성은 1 당량의 화합물 21을 2,5-디브로모니트로벤젠에 커플링하되 선택적으로 니트로기에 대해 오르토(ortho) 위치에 커플링함으로써 시작하여 화합물 23을 생성하였다. 화합물 23을 페닐아세틸렌에 커플링하여 화합물 24를 생성함으로써 합성을 완결하였다.
스킴 6Scheme 6
화학 흡착된 피리딘 앨리게이터 클립과 관계에서 니트로기의 효과를 연구하기 위해 화합물 26의 합성을 개시하였다. 이를 위해, 스킴 7에 제시된 바와 같이 화합물 23의 합성과 동일한 방식으로 화합물 24를 합성했다. 1 당량의 페닐아세틸렌을 선택적으로 2,5-디브로모니트로벤젠에 커플링하여 화합물 25를 생성하고, 이어서 화합물 21에 커플링하여 화합물 26을 양호한 수율로 얻음으로써 합성을 완결 하였다.Synthesis of Compound 26 was initiated to study the effect of nitro groups on the chemisorbed pyridine alligator clip. To this end,
스킴 7Scheme 7
링커(linker) 28은 스킴 8에 따라 합성하였다. 상기 합성은 2,5-디브로모-4-니트로아세트아닐리드를 과량의 트리메틸실릴아세틸렌과 커플링시키는 것으로 시작하여 화합물 27을 얻고, 이어서 이것을 본래 위치에서 탈보호하고 4-요오도피리딘과 커플링하여 낮은 수율로 화합물 28을 제조했다. 커플링 반응의 낮은 수율은 니트로 유닛과 알킨 유닛 사이의 고리화 과정에 기인할 수 있다.
스킴 8Scheme 8
분자의 피리딜 단부가 소자에 결합되면 페닐보다 양호한 금속과의 상부 접촉으로서 역할하도록 하는 보호된 벤젠티올 말단기를 통해 SAM을 형성하기 위해 화합물 31을 합성하였다. 화합물 31의 합성은 2,5-디브로모-4-니트로아세트아닐리드를 화합물 21과 커플링시켜 낮은 수율로 화합물 29를 얻은 다음에, 화합물 29를 트리메틸실릴아세틸렌과 커플링시키고, 이어서 탄산칼륨으로 탈보호함으로써 화합물 30을 얻고, 최종적으로 화합물 30을 4-요오도벤젠티오아세테이트와 커플링시켜 분자형 소자 31을 양호한 수율(75%)로 얻었다.
스킴 9Scheme 9
화합물 2에 대해 설명한 바와 동일한 회전 장벽의 효과를 연구하기 위해 화합물 32를 합성하였다. 화합물 32의 합성은 앞서서 합성한 화합물 7을 사용하여 시작하여 반응식 2에 나타낸 바와 같이 양호한 수율로 화합물 21에 커플링하여 이루어졌다.
화합물 34는 앞서 설명한 화합물 33을 이용하여 반응식 3에 따라 합성하였다. 화합물 34는 앞서 소자 실시예에서 네거티브 차분 저항(NDR)을 나타낸 티올 말단을 가진 니트로아닐린과 동족체이다.
피리딘 함유 시스템에 부가하여디아조늄염을 말단에 가진 3개의 포텐셜 메모리 및 스위칭 컴포넌트를 합성했다. 화합물 38은 티오아세틸 말단을 가진 NDR 및 메모리 컴포넌트1 및 피리딜 말단을 가진 화합물 24와 동족체이다. 화합물 38
의 합성은 화합물 35
7을 보통의 수율로 2,5-디브로모니트로벤젠에 커플링하는 것으로 시작하여 화합물 36을 얻고, 이것을 페닐아세틸렌에 커플링하여 화합물 37을 제조했다. 화합물 37의 디아조화에 의해 완결된 분자 38을 양호한 수율로 제조했다.In addition to the pyridine containing system, three potential memory and switching components with diazonium salts at the ends were synthesized. Compound 38 is homologous to NDR with thioacetyl terminus and
스킴 10
화합물 40은 구조상 피리딜기가 아릴 디아조늄염으로 치환된 것을 제외하고 화합물 26과 유사하다. 화합물 40의 합성은 스킴 11에 제시되어 있다. 아닐린 35를 니트로화합물 25에 커플링하여 보통의 수율로 디아조늄 전구체(precursor) 39를 제조했다. 아닐린 42을 디아조화하여 원하는 제품 37을 얻었다.
Compound 40 is similar to compound 26 except that the pyridyl group is structurally substituted with an aryl diazonium salt. Synthesis of compound 40 is shown in scheme 11.
스킴 11Scheme 11
스킴 12에 따라 나노입자 링커 43를 합성했다. 디니트로 41으로부터 출발하여 아닐린 35를 커플링하여 디니트로아닐린 42를 얻고, 계속해서 이것을 디아조화하여 양호한 수율로 제품 43을 얻었다.Nanoparticle linker 43 was synthesized according to
스킴 12
실험Experiment
일반적 절차. 모든 반응은 언급이 없을 경우 건조 질소 분위기 하에 실시되었다. 시약급 디에틸에테르 및 테트라하이드로푸란(THF)를 질소 분위기 하에 소듐 벤조페논 케틸로부터 증류하였다. 시약급 디클로로메탄(CH2Cl2)을 질소 분위기 하 에 칼슘하이드라이드(CaH2)로부터 증류하였다. 질소 분위기 하에 CaH2 위에서 트리에틸아민 및 N,N-디이소프로필아민(Huenig's 염기)를 증류하였다. 벌크 헥산을 사용 전에 증류하였다. EM Science사제 230-400 메쉬 실리카겔을 사용하여 중력 칼럼 크로마토그래피 및 플래시 크로마토그래피를 실행하였다. Merck 40 F254를 사용하여 0.25 mm 두께 상에서 박층 크로마토그래피(TLC)를 실행하였다. General procedure. All reactions were carried out under a dry nitrogen atmosphere unless otherwise noted. Reagent grade diethyl ether and tetrahydrofuran (THF) were distilled from sodium benzophenone ketyl under nitrogen atmosphere. Reagent grade dichloromethane (CH 2 Cl 2 ) was distilled from calcium hydride (CaH 2 ) under nitrogen atmosphere. Triethylamine and N, N-diisopropylamine (Huenig's base) were distilled over CaH 2 under a nitrogen atmosphere. Bulk hexanes were distilled before use. Gravity column chromatography and flash chromatography were performed using 230-400 mesh silica gel manufactured by EM Science. Thin layer chromatography (TLC) was performed on a 0.25 mm thickness using Merck 40 F 254 .
일반적 Pd/Cu 커플링 반응 절차. 오븐에서 건조시킨 나사형 캡이 있는 유리관에 아릴 할라이드(브롬화물 또는 요오드화물), 알킨, 요오드화구리, 트리페닐포스핀 및 팔라듐 촉매를 포함하는 모든 고체를 넣었다. 진공으로 공기를 제거하고 건조 질소(3x)로 대체하였다. THF, 잔여 액체, 및 Huenig 염기 또는 트리에틸아민을 첨가하고, 반응물을 오일 배스 중에서 교반하면서 가열했다. 반응 혼합물을 냉각하고 중력 여과법을 통해 여과하여 고형물을 제거한 후 CH2Cl2로 희석했다. 반응 혼합물을 염화암모늄(NH4Cl)의 수용액으로 추출(3x)하였다. 유기층을 황산마그네슘으로 건조하고 여과한 다음, 용매를 진공 중에서 제거했다. General Pd / Cu Coupling Reaction Procedure. In a glass tube with an oven dried screw cap was placed all solids containing aryl halides (bromide or iodide), alkyne, copper iodide, triphenylphosphine and palladium catalyst. The air was removed in vacuo and replaced with dry nitrogen (3 ×). THF, residual liquid, and Huenig base or triethylamine were added and the reaction heated with stirring in an oil bath. The reaction mixture was cooled and filtered through gravity filtration to remove solids and diluted with CH 2 Cl 2 . The reaction mixture was extracted (3 ×) with an aqueous solution of ammonium chloride (NH 4 Cl). The organic layer was dried over magnesium sulfate and filtered, and then the solvent was removed in vacuo.
트리메틸실릴로 보호된 알킨을 탈보호하는 일반적 절차. 교반봉이 장착된 둥근 바닥 플라스크에 보호된 알킨, 탄산칼륨(보호된 알킨 1당량에 대해 5당량), 메탄올, 및 메틸렌클로라이드를 투입했다. 반응물을 가열하고, 반응 완결 시 반응 혼합물을 메틸렌클로라이드로 희석하고 소금물(3x)로 세척하였다. 유기층을 MgSO4 위에서 건조하고 용매를 진공 중에서 제거했다. General procedure for deprotecting alkyne protected with trimethylsilyl. Into a round bottom flask equipped with a stirring rod was added protected alkyne, potassium carbonate (5 equivalents to 1 equivalent of protected alkyne), methanol, and methylene chloride. The reaction was heated and upon completion of the reaction the reaction mixture was diluted with methylene chloride and washed with brine (3 ×). The organic layer was dried over MgSO 4 and the solvent was removed in vacuo.
일반적 HOF 산화 절차. 용량 125 mL의 폴리에틸렌 병에 H20(2 mL) 및 CH3CN(60 mL)를 넣고 -20℃로 냉각하였다. 이어서 상기 용액을 통해 F2(He 내에 20%)를 50 sccm의 속도로 2시간 동안 기포 상태로 주입하였다. 얻어지는 HOF/CH3CN 용액을 He로 15분간 세정했다. 산화시키고자 하는 물질을 아세톤 또는 에틸아세테이트(10 mL) 중에 가하고, 포화 NaHCO3 용액 내에 주입하여 중화시키기 전에 -20℃에서 5분간 혼합하였다. 이어서 유기상을 분리하고 MgSO4 위에서 건조한 후 진공 중에서 용매를 제거했다. General HOF Oxidation Procedure. H 2 O (2 mL) and CH 3 CN (60 mL) were put into a 125 mL polyethylene bottle and cooled to -20 ° C. F 2 (20% in He) was then bubbled through the solution at a rate of 50 sccm for 2 hours. The resulting HOF / CH 3 CN solution was washed with He for 15 minutes. The material to be oxidized was added in acetone or ethyl acetate (10 mL) and mixed for 5 min at -20 ° C before neutralization by injection into saturated NaHCO 3 solution. The organic phase was then separated, dried over MgSO 4 and the solvent removed in vacuo.
아세토니트릴-설폴란 시스템에서 니트로소늄 테트라플루오로보레이트를 사용하여 아닐린을 디아조화하는 일반적 절차. 질소 충전된 건조 박스에 NOBF4의 무게를 달고 자석식 교반봉을 장착한 둥근 바닥 플라스크에 넣고 격막(septum)으로 밀봉했다. 아세토니트릴과 설폴란을 체적비 5:1로 주입하고 얻어진 현탁액을 드라이아이스/아세톤 배스에서 -40℃로 냉각했다. 질소 블랭킷 하에 따뜻한 설폴란(45-50℃)을 아민에 첨가하고 1분간 초음파 처리한 후 이어서 아세토니트릴(10-20 체적%)을 첨가함으로써 아닐린의 용액을 제조했다. 다음에, 상기 아닐린 용액을 10분 동안에 걸쳐 니트로소늄염 현탁액에 첨가했다. 반응 혼합물을 -40℃에서 30분간 유지한 다음, 방치하여 실온이 되도록 했다. 이 시점에서, 에테르 또는 디클로로메탄을 첨가하여 디아조늄염을 침전시키고, 여과하여 고형분을 회수하고 에테르 또는 디클로로메탄으로 세척한 후 건조하였다. 상기 염을 디클로로메탄 및/또는 에테르를 사용하여 DMSO로부터 재침전시킴으로써 추가 정제 를 행하였다. General procedure for diazotizing aniline using nitrosonium tetrafluoroborate in an acetonitrile-sulfola system. A nitrogen-filled dry box was weighed NOBF4 and placed in a round bottom flask equipped with a magnetic stir bar and sealed with septum. Acetonitrile and sulfolane were injected at a volume ratio of 5: 1 and the resulting suspension was cooled to -40 ° C in a dry ice / acetone bath. A solution of aniline was prepared by adding warm sulfolane (45-50 ° C.) to the amine under a nitrogen blanket and sonicating for 1 minute followed by the addition of acetonitrile (10-20% by volume). The aniline solution was then added to the nitrosonium salt suspension over 10 minutes. The reaction mixture was kept at -40 [deg.] C. for 30 minutes then left to come to room temperature. At this point, the diazonium salt was precipitated by addition of ether or dichloromethane, filtered to recover solids, washed with ether or dichloromethane and dried. Further purification was done by reprecipitating the salts from DMSO using dichloromethane and / or ether.
4-에티닐페닐-2,4-디니트로브로모벤젠 (5). 일반적인 HOF 산화 반응 절차에 따라 에틸아세테이트(10 mL) 중의 2-브로모-4-니트로-5-에틸페닐아닐린(490 mg, 1.48 mmol)을 산화시켜 320 mg(60%)의 황색 고체를 얻었다. 4-ethynylphenyl-2,4-dinitrobromobenzene (5). 2-bromo-4-nitro-5-ethylphenylaniline (490 mg, 1.48 mmol) in ethyl acetate (10 mL) was oxidized according to a general HOF oxidation reaction procedure to give 320 mg (60%) of a yellow solid.
IR(KBr) 3442.7, 3101.4, 2216.8, 1610.6, 1540.9, 1461.3, 1384.8, 1358.7, 1337.1, 1264.4, 906.2, 849.6, 824.4, 760.2, 689.8 cm-1. 1H NMR(400MHz, CDCl 3) δ 8.41(s, 1H), 8.09(s, 1H), 7.60-7.58(m, 2H), 7.41-7.39(m, 3H). 13C NMR(100MHz, CDC13) δ 152.1, 150.4, 132.7, 131.7, 131.0, 130.7, 129.1, 121.5, 119.8, 113.9, 102.0. HRMS 계산값: 345.9589. 측정값: 345.9585.IR (KBr) 3442.7, 3101.4, 2216.8, 1610.6, 1540.9, 1461.3, 1384.8, 1358.7, 1337.1, 1264.4, 906.2, 849.6, 824.4, 760.2, 689.8 cm -1 . 1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ) δ 8.41 (s, 1H), 8.09 (s, 1H), 7.60-7.58 (m, 2H), 7.41-7.39 (m, 3H). 13 C NMR (100 MHz, CDC1 3 ) δ 152.1, 150.4, 132.7, 131.7, 131.0, 130.7, 129.1, 121.5, 119.8, 113.9, 102.0. HRMS calculated: 345.9589. Found: 345.9585.
2',5'-디니트로-4,4'-디에티닐페닐-1-티오아세틸벤젠(1). 화합물 4(300 mg, 0.86 mmol), 4-에티닐(티오아세틸)벤젠(183 mg, 1.04 mmol), 비스(디벤질리덴아세톤)팔라듐(12 mg, 0.02 mmol), 요오드화 구리(I)(4 mg, 0.02 mmol), 트리페닐포스핀(13 mg, 0.05 mmol), Huenig 염기(0.60 mL), 및 THF(20 mL)를 일반적 커플링 절차에 따라 반응시켰다. 반응 혼합물을 60℃로 하룻밤 가열하고 상기 절차에 따라 진행하였다. 조(粗)화합물을 플래시 크로마토그래피(실리카, 3:1 디클로로메탄:헥산)를 통해 정제하여 밝은 황색 고체 90 mg(24%)을 얻었다. 2 ', 5'-dinitro-4,4'-diethynylphenyl-1-thioacetylbenzene (1) . Compound 4 (300 mg, 0.86 mmol), 4-ethynyl (thioacetyl) benzene (183 mg, 1.04 mmol), bis (dibenzylideneacetone) palladium (12 mg, 0.02 mmol), copper iodide (I) (4 mg, 0.02 mmol), triphenylphosphine (13 mg, 0.05 mmol), Huenig base (0.60 mL), and THF (20 mL) were reacted according to the general coupling procedure. The reaction mixture was heated to 60 ° C. overnight and proceeded according to the procedure above. The crude compound was purified by flash chromatography (silica, 3: 1 dichloromethane: hexane) to give 90 mg (24%) of a light yellow solid.
IR(KBr) 2220.2, 1705.2, 1545.5, 1499.81, 1396.8, 1337.5, 1286.1, 1252.1, 1108.6, 1087.2, 953.2, 926.0, 868.3, 827.2, 756.7, 684.1, 618.3 cm-1. 1H NMR(400MHz, CDCl3) δ 8.34(d, J=0.4, 1H), 8.35(d, J=0.4, 1H), 7.63-7.59(m, 4H), 7.46-7.40(m, 5H), 2.49(s, 3H). 13C NMR(100MHz, CDC13) δ 193.2, 151.1, 134.7, 133.1, 132.7, 131.0, 130.7, 129.1, 122.8, 121.7, 119.4, 118.6, 102.4, 100.9, 84.8, 83.5, 30.8. HRMS 계산값: 442.0623. 측정값: 442.0634.IR (KBr) 2220.2, 1705.2, 1545.5, 1499.81, 1396.8, 1337.5, 1286.1, 1252.1, 1108.6, 1087.2, 953.2, 926.0, 868.3, 827.2, 756.7, 684.1, 618.3 cm -1 . 1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ) δ 8.34 (d, J = 0.4, 1H), 8.35 (d, J = 0.4, 1H), 7.63-7.59 (m, 4H), 7.46-7.40 (m, 5H), 2.49 (s, 3 H). 13 C NMR (100 MHz, CDC1 3 ) δ 193.2, 151.1, 134.7, 133.1, 132.7, 131.0, 130.7, 129.1, 122.8, 121.7, 119.4, 118.6, 102.4, 100.9, 84.8, 83.5, 30.8. HRMS calcd: 442.0623. Found: 442.0634.
2-브로모-4-니트로-5-페닐아세트아닐리드(7). 화합물 6(676 mg, 2 mmol), 트리페닐포스핀(52 mg, 0.2 mmol), 페닐보론산(293 mg, 2.4 mmol), 비스(트리페닐포스핀)팔라듐 디클로라이드(70 mg, 0.1 mmol), 및 세슘 카보네이트(977 mg, 3 mmol)을 100 mL 둥근 바닥 플라스크에 넣고 공기를 제거하여 질소로 대체하였다. 톨루엔(30 mL)을 첨가하고 반응물을 2일간 60℃로 가열하였다. 반응물을 에테르로 희석하고 염화암모늄 수용액(2x)으로 세척하고, MgSO4 상에서 건조한 후 진공 하에 용매를 제거했다. 조산물을 플래시 크로마토그래피(CH2C12)를 통해 정제하여 백색 고체 430 mg(64%)을 얻었다. 2-bromo-4-nitro-5-phenylacetanilide (7). Compound 6 (676 mg, 2 mmol), triphenylphosphine (52 mg, 0.2 mmol), phenylboronic acid (293 mg, 2.4 mmol), bis (triphenylphosphine) palladium dichloride (70 mg, 0.1 mmol) , And cesium carbonate (977 mg, 3 mmol) were placed in a 100 mL round bottom flask and air was replaced by nitrogen. Toluene (30 mL) was added and the reaction heated to 60 ° C. for 2 days. The reaction was diluted with ether and washed with aqueous ammonium chloride solution (2 ×), dried over MgSO 4 and the solvent removed in vacuo. The crude product was purified by flash chromatography (CH 2 C1 2 ) to give 430 mg (64%) of a white solid.
IR(KBr) 3373.6, 3322.4, 3086.5, 1774.0, 1681.7, 1568.9, 1528.8, 1445.8, 1389.4, 1358.6, 1245.8, 1179.1, 1112.5, 1056.1, 1030.4, 999.6, 872.0, 850.9, 768.9, 697.1 cm-1. 1H NMR(400MHz, CDC13) δ 8.54(s, 1H), 8.15(s, 1H), 7.80(br s, 1H), 7.40-7.38(m, 3H), 7.29-7.27(m, 2H), 2.26(s, 3H). 13C NMR(100MHz, CDC13) δ 168.44, 143.77, 139.34, 137.74, 136.81, 128.67, 128.51, 128.47, 127.85, 123.31, 110.59, 25.05. C14H11BrN2O3에 대한 HRMS 계산값: 333.9953. 측정값: 333.9952.IR (KBr) 3373.6, 3322.4, 3086.5, 1774.0, 1681.7, 1568.9, 1528.8, 1445.8, 1389.4, 1358.6, 1245.8, 1179.1, 1112.5, 1056.1, 1030.4, 999.6, 872.0, 850.9, 768.9, 697.1 cm -1 . 1 H NMR (400 MHz, CDC1 3 ) δ 8.54 (s, 1H), 8.15 (s, 1H), 7.80 (br s, 1H), 7.40-7.38 (m, 3H), 7.29-7.27 (m, 2H), 2.26 (s, 3 H). 13 C NMR (100 MHz, CDC1 3 ) δ 168.44, 143.77, 139.34, 137.74, 136.81, 128.67, 128.51, 128.47, 127.85, 123.31, 110.59, 25.05. HRMS calcd for C 14 H 11 BrN 2 O 3 : 333.9953. Found: 333.9952.
2-브로모-4-니트로-5-페닐아닐린(8). 화합물 7(500 mg, 1.49 mmol), 탄산칼륨(1.031 g, 7.46 mmol), 메탄올(30 mL), 및 메틸렌클로라이트(30 mL)을 100 mL 둥근 바닥 플라스크에 넣고 질소 블랭킷 하에 실온에서 2시간 동안 교반하였다. 반응물에서 K2C03를 여과 제거하고 CH2CI2로 세척하여 표제 화합물 437 mg(100%)을 얻었다. 2-bromo-4-nitro-5-phenylaniline (8) . Compound 7 (500 mg, 1.49 mmol), potassium carbonate (1.031 g, 7.46 mmol), methanol (30 mL), and methylenechlorite (30 mL) were placed in a 100 mL round bottom flask for 2 hours at room temperature under a nitrogen blanket. Stirred. K 2 CO 3 was filtered off from the reaction and washed with CH 2 CI 2 to give 437 mg (100%) of the title compound.
IR(KBr) 3463.7, 3349.2, 3221.3, 1623.9, 1584.6, 1555.4, 1495.5, 1443.6, 1406.9, 1305.6, 1259.4, 1123.9, 1051.7, 896.7, 846.5, 760.1, 701.3, 632.1, 563.8 cm-1. 1H NMR(400MHz, CDC13) δ 8.21(s, 1H), 7.39-7.36(m, 3H), 7.23-7.21(m(중첩), 2H), 6.61(s, 1H). 13C NMR(100MHz, CDC13) δ 148.5, 139.4, 138.5, 130.7, 128.8, 128.4, 128.2, 128.1, 117.2, 106.3. HRMS 계산값: 291.9848. 측정값: 291.9846.IR (KBr) 3463.7, 3349.2, 3221.3, 1623.9, 1584.6, 1555.4, 1495.5, 1443.6, 1406.9, 1305.6, 1259.4, 1123.9, 1051.7, 896.7, 846.5, 760.1, 701.3, 632.1, 563.8 cm -1 . 1 H NMR (400 MHz, CDC1 3 ) δ 8.21 (s, 1H), 7.39-7.36 (m, 3H), 7.23-7.21 (m (nested), 2H), 6.61 (s, 1H). 13 C NMR (100 MHz, CDC1 3 ) δ 148.5, 139.4, 138.5, 130.7, 128.8, 128.4, 128.2, 128.1, 117.2, 106.3. HRMS calculated: 291.9848. Found: 291.9846.
2,5-디니트로-4-페닐브로모벤젠(9). 일반적 HOF 산화 반응 절차에 따라 에틸아세테이트(10 mL) 중의 화합물 8(373 mg, 1.28 mmol)을 산화하여 오렌지색 고체 407 mg(99 %)을 얻었다. 2,5-dinitro-4-phenylbromobenzene (9). According to the general HOF oxidation reaction procedure Compound 8 (373 mg, 1.28 mmol) in ethyl acetate (10 mL) was oxidized to give 407 mg (99%) of an orange solid.
IR(KBr) 3446.7, 3090.4, 1542.8, 1461.1, 1443.1, 1347.3, 1257.7, 1114.6, 1076.2, 1051.8, 1021.0, 904.5, 842.5, 768.8, 743.7, 699.9, 551.0, 485.16 cm-1. 1H NMR(400MHz, CDC13) δ 8.16(s, 1H), 7.89(s, 1H), 7.47-7.45(m, 3H), 7.31-7.29(m, 2H). 13C NMR(100MHz, CDCl3) δ 151.5, 150.6, 137.2, 134.4, 130.8, 130.1, 129.7, 128.9, 128.1, 114.1. HRMS 계산값: 321.9589. 측정값: 321.9592.IR (KBr) 3446.7, 3090.4, 1542.8, 1461.1, 1443.1, 1347.3, 1257.7, 1114.6, 1076.2, 1051.8, 1021.0, 904.5, 842.5, 768.8, 743.7, 699.9, 551.0, 485.16 cm -1 . 1 H NMR (400 MHz, CDC1 3 ) δ 8.16 (s, 1H), 7.89 (s, 1H), 7.47-7.45 (m, 3H), 7.31-7.29 (m, 2H). 13 C NMR (100 MHz, CDCl 3 ) δ 151.5, 150.6, 137.2, 134.4, 130.8, 130.1, 129.7, 128.9, 128.1, 114.1. HRMS calcd: 321.9589. Found: 321.9592.
2,4'-디니트로-5'-페닐-4-에티닐페닐-1-티오아세틸벤젠(2). 화합물 9(147 mg, 0.46 mmol), 4-에티닐(티오아세틸)벤젠(106 mg, 0.60 mmol), 비스(디벤질리덴아세톤)팔라듐(26 mg, 0.05 mmol), 요오드화 구리(I)(9 mg, 0.05 mmol), 트리페닐포스핀(12 mg, 0.05 mmol), Huenig 염기(0.16 mL) 및 THF(20 mL)를 일반적 커플링 절차에 따라 커플링하였다. 반응 혼합물을 교반하고 하룻밤 45℃로 가열하였다. 조산물을 칼럼 크로마토그래피(실리카, 3:1 디클로로메탄:헥산)을 통해 정제하여 오렌지색 고체 75 mg(39%)를 얻었다. 2,4'-dinitro-5'-phenyl-4-ethynylphenyl-1-thioacetylbenzene (2) . Compound 9 (147 mg, 0.46 mmol), 4-ethynyl (thioacetyl) benzene (106 mg, 0.60 mmol), bis (dibenzylideneacetone) palladium (26 mg, 0.05 mmol), copper iodide (I) (9 mg, 0.05 mmol), triphenylphosphine (12 mg, 0.05 mmol), Huenig base (0.16 mL) and THF (20 mL) were coupled according to the general coupling procedure. The reaction mixture was stirred and heated to 45 ° C. overnight. The crude product was purified via column chromatography (silica, 3: 1 dichloromethane: hexanes) to give 75 mg (39%) of an orange solid.
IR(KBr) 2922.7, 2214.3, 1702.7, 1542.8, 1488.1, 1357.1, 1271.1, 1115.1, 1088.6, 956.0, 908.6, 829.9, 770.5, 707.0, 623.4 cm-1. 1H NMR(400MHz, CDCl 3) δ 8.16(s, 1H), 8.10(s, 1H),7.63(d, J=8.4, 2H), 7.48-7.44(m, 5H), 7.36-7.33(m, 2H), 2.44(s, 3H). 13C NMR(100MHz, CDC13) δ 193.3, 151.2, 150.6, 136.8, 134.8, 134.7, 133.1, 130.8, 130.2, 130.1, 129.6, 128.6, 128.1, 122.9, 119.0, 99.8, 84.5, 30.8. HRMS 계산값: 418.0623. 측정값: 418.0619.IR (KBr) 2922.7, 2214.3, 1702.7, 1542.8, 1488.1, 1357.1, 1271.1, 1115.1, 1088.6, 956.0, 908.6, 829.9, 770.5, 707.0, 623.4 cm -1 . 1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ) δ 8.16 (s, 1H), 8.10 (s, 1H), 7.63 (d, J = 8.4, 2H), 7.48-7.44 (m, 5H), 7.36-7.33 (m, 2H), 2.44 (s, 3H). 13 C NMR (100 MHz, CDC1 3 ) δ 193.3, 151.2, 150.6, 136.8, 134.8, 134.7, 133.1, 130.8, 130.2, 130.1, 129.6, 128.6, 128.1, 122.9, 119.0, 99.8, 84.5, 30.8. HRMS calcd: 418.0623. Found: 418.0619.
2,5-디브로모-1,4-디메톡시벤젠(11). 100 mL 둥근 바닥 플라스크에 1,4-디 메톡시벤젠(10.0 g, 72.4 mmol)을 빙초산(20 mL) 중에 용해하였다. 상기 초기 용액에 빙초산(7.5 mL) 중의 브롬 용액(7.42 mL, 145.0 mmol)을 실온에서 40분에 걸쳐 적하하였다. 얻어진 혼합물을 2시간 동안 교반시켰다. 조산물을 얼음물과 빙냉 메탄올로 세척하여 미세한 백색 결정을 얻었다. 모액을 농축하고 냉각하여 더욱 백색인 결정을 얻었다.(15.9 g, 74% 수율). 2,5-dibromo-1,4-dimethoxybenzene (11). 1,4-dimethoxybenzene (10.0 g, 72.4 mmol) was dissolved in glacial acetic acid (20 mL) in a 100 mL round bottom flask. Bromine solution (7.42 mL, 145.0 mmol) in glacial acetic acid (7.5 mL) was added dropwise to the initial solution at room temperature over 40 minutes. The resulting mixture was stirred for 2 hours. The crude product was washed with ice water and ice cold methanol to give fine white crystals. The mother liquor was concentrated and cooled to give more white crystals (15.9 g, 74% yield).
Mp 136-138℃(lit21 mp 144-145℃). IR(KBr) 3091.9, 3022.1, 2968.8, 2944.4, 2842.8, 1694.9, 1494.2, 1475.6, 1436.5, 1358.2, 1275.0, 1211.8, 1185.0, 1065.4, 1021.9, 860.5, 760.4, 441.8 cm-1. 1H NMR(400MHz, CDC13 ) 7.13(s, 2H), 3.87(s, 6H). 13C NMR(100MHz, CDC13) δ 150.93, 117.53, 110.90, 57.43. Mp 136-138 ° C. (lit 21 mp 144-145 ° C.). IR (KBr) 3091.9, 3022.1, 2968.8, 2944.4, 2842.8, 1694.9, 1494.2, 1475.6, 1436.5, 1358.2, 1275.0, 1211.8, 1185.0, 1065.4, 1021.9, 860.5, 760.4, 441.8 cm -1 . 1 H NMR (400 MHz, CDC1 3 ) 7.13 (s, 2H), 3.87 (s, 6H). 13 C NMR (100 MHz, CDC1 3 ) δ 150.93, 117.53, 110.90, 57.43.
2,5-디(에티닐페닐)-1,4-디메톡시벤젠(12). 화합물 11(8.745 g, 29.55 mmol), 비스(트리페닐포스핀)팔라듐 디클로라이드(0.415 g, 0.591 mmol), 요오드화 구리(I)(0.225 g, 1.182 mmol), 트리페닐포스핀(0.310 g, 1.182 mmol), THF(35 mL), Huenig 염기(20.5 mL, 118 mmo]), 및 페닐아세틸렌(7.8 mL, 70.92 mmol)를 일반적 커플링 절차에 따라 사용하였다. 용액을 65℃ 오일 배스 중에서 3일간 가열했다. 벤젠으로부터 재결정하여 mp 175-177℃(lit.16 176-177℃)인 원하는 제품(9.22 g, 92 %)을 얻었다. 2,5-di (ethynylphenyl) -1,4-dimethoxybenzene (12) . Compound 11 (8.745 g, 29.55 mmol), bis (triphenylphosphine) palladium dichloride (0.415 g, 0.591 mmol), copper iodide (I) (0.225 g, 1.182 mmol), triphenylphosphine (0.310 g, 1.182) mmol), THF (35 mL), Huenig base (20.5 mL, 118 mmo]), and phenylacetylene (7.8 mL, 70.92 mmol) were used according to the general coupling procedure. The solution was heated in a 65 ° C. oil bath for 3 days. Recrystallization from benzene gave the desired product (9.22 g, 92%) which was mp 175-177 ° C. (lit. 16 176-177 ° C.).
1H NMR(400MHz, CDC13) δ 7.57(m, 4H), 7.34(m, 6H), 7.03(s, 2H), 3.89(s, 6H). 13C NMR(100MHz, CDCl3) δ 154.10, 131.89, 128.60, 128.50, 123.39, 115.86, 113.57, 95.23, 85.86, 56.66. 1 H NMR (400 MHz, CDC1 3 ) δ 7.57 (m, 4H), 7.34 (m, 6H), 7.03 (s, 2H), 3.89 (s, 6H). 13 C NMR (100 MHz, CDCl 3 ) δ 154.10, 131.89, 128.60, 128.50, 123.39, 115.86, 113.57, 95.23, 85.86, 56.66.
2,5-디(에티닐페닐)벤조퀴논(13). 화합물 12(0.300 g, 0.886 mmol) 및 THF(6 mL)를 교반봉이 들어있는 25 mL 둥근 바닥 플라스크에 넣었다. 물(3 mL)에 용해된 세릭 암모늄니트레이트의 용액(1.46 g, 2.658 mmol)을 플라스크에 천천히 첨가하고 15분간 교반시켰다. 물을 첨가하고 유기 물질은 디클로로메탄으로 추출했다. 플래시 칼럼 크로마토그래피(실리카겔, 용리제로서 1:1 헥산/디클로로메탄 사용)로 처리하여 원하는 제품(0.129 g, 47 %)을 얻었다.. 2,5-di (ethynylphenyl) benzoquinone (13). Compound 12 (0.300 g, 0.886 mmol) and THF (6 mL) were placed in a 25 mL round bottom flask with stir bar. A solution of ceric ammonium nitrate (1.46 g, 2.658 mmol) dissolved in water (3 mL) was slowly added to the flask and stirred for 15 minutes. Water was added and the organics extracted with dichloromethane. Flash column chromatography (silica gel, using 1: 1 hexanes / dichloromethane as eluent) afforded the desired product (0.129 g, 47%).
IR(KBr) 3047.5, 2203.0, 1716.2, 1655.3, 1568.3, 1215.4, 1100.6, 902.1, 757.6, 686.4 cm-1. 1H NMR(400MHz, CDC13) 7.58(dd, J=7.9, 1.5Hz, 4H), 7.38(m, 6H), 6.99(s, 2H). 13C NMR(100MHz, CDCl3) δ 182.87, 136.55, 133.34, 132.83, 130.57,128.97, 121.83, 105.26, 82.90. C22,H12,02에 대한 HRMS 계산값: 308.0837 측정값: 308.0834.IR (KBr) 3047.5, 2203.0, 1716.2, 1655.3, 1568.3, 1215.4, 1100.6, 902.1, 757.6, 686.4 cm -1 . 1 H NMR (400 MHz, CDC1 3 ) 7.58 (dd, J = 7.9, 1.5 Hz, 4H), 7.38 (m, 6H), 6.99 (s, 2H). 13 C NMR (100 MHz, CDCl 3 ) δ 182.87, 136.55, 133.34, 132.83, 130.57,128.97, 121.83, 105.26, 82.90. HRMS calcd for C 22 , H 12 , 0 2 : 308.0837 found: 308.0834.
2-브로모-5-에티닐페닐-1,4-디메톡시벤젠(14). 화합물 11(2.96 g, 10.0 mmol), 비스(디벤질리덴아세톤)팔라듐(0.115 g, 0.20 mmol), 요오드화 구리(I)(0.038 g, 0.20 mmol), 트리페닐포스핀(0.131 g, 0.50 mmol), THF(15 mL), Huenig 염기(6.97 mL, 40.0 mmol) 및 페닐아세틸렌(1.21 mL, 11.0 mmol)을 일반적 커플링 절차에 따라 사용하였다. 튜브를 50℃ 오일 배스에서 18시간 동안 가열하 였다. 칼럼 칼럼 크로마토그래피(실리카겔, 용리제로서 19:1 헥산/디에틸에테르 사용)로 처리하여 약간 불순물이 있는(NMR 분석으로 약 15%의 불순물) 원하는 제품을 보통의 수율(1.02 g, 32% 수율)로 얻었다. 이것을 불순물 상태로 다음 단계에 사용하였다. 2-bromo-5-ethynylphenyl-1,4-dimethoxybenzene (14). Compound 11 (2.96 g, 10.0 mmol), bis (dibenzylideneacetone) palladium (0.115 g, 0.20 mmol), copper iodide (I) (0.038 g, 0.20 mmol), triphenylphosphine (0.131 g, 0.50 mmol) , THF (15 mL), Huenig base (6.97 mL, 40.0 mmol) and phenylacetylene (1.21 mL, 11.0 mmol) were used according to the general coupling procedure. The tube was heated in a 50 ° C. oil bath for 18 hours. Column column chromatography (silica gel, using 19: 1 hexanes / diethyl ether as eluent) gives the desired product with a slight impurity (about 15% impurity by NMR analysis) in normal yield (1.02 g, 32% yield). ) This was used for the next step in the impurity state.
1H NMR(400MHz, CDCl3) δ 7.54(m, 2H), 7.33(m, 3H), 7.09(s, 1H), 7.02(s, 1H), 3.86(s, 6H). 1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ) δ 7.54 (m, 2H), 7.33 (m, 3H), 7.09 (s, 1H), 7.02 (s, 1H), 3.86 (s, 6H).
l,4-디메톡시-2-에티닐페닐-5~(트리메틸실릴에티닐)벤젠. 화합물 14(1.0 g, 3.15 mmol), 비스(디벤질리덴아세톤)팔라듐(0.036 g, 0.063 mmol), 요오드화 구리(I)(0.012 g, 0.063 mmol), 트리페닐포스핀(0.042 g, 0.16 mmol), THF(20 mL), Huenig 염기(2.2 mL, 12.6 mmol), 및 트리메틸실릴아세틸렌(0.89 mL, 6.3 mmol)을 일반적 커플링 절차에 따라 사용하였다. 튜브에 캡을 씌우고 60℃ 오일 배스에서 1일간 가열했다. 플래시 칼럼 크로마토그래피(실리카겔, 용리제로서 24:1 헥산/에틸아세테이트 사용) 처리하여 약간의 불순물이 있는 원하는 제품을 얻었다(0.83 g, 79% 수율). l, 4-dimethoxy-2-ethynylphenyl-5-(trimethylsilylethynyl) benzene. Compound 14 (1.0 g, 3.15 mmol), bis (dibenzylideneacetone) palladium (0.036 g, 0.063 mmol), copper iodide (I) (0.012 g, 0.063 mmol), triphenylphosphine (0.042 g, 0.16 mmol) , THF (20 mL), Huenig base (2.2 mL, 12.6 mmol), and trimethylsilylacetylene (0.89 mL, 6.3 mmol) were used according to the general coupling procedure. The tube was capped and heated in a 60 ° C. oil bath for 1 day. Flash column chromatography (silica gel, using 24: 1 hexanes / ethyl acetate as eluent) afforded the desired product with slight impurities (0.83 g, 79% yield).
1H NMR(400MHz, CDCl3) δ 7.55(m, 2 H), 7.32(m, 3H), 6.98(s, 1H), 6.95(s, 1H), 3.84(s, 3H), 3.83(s, 3H), 0.27(s, 9H). 1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ) δ 7.55 (m, 2 H), 7.32 (m, 3H), 6.98 (s, 1H), 6.95 (s, 1H), 3.84 (s, 3H), 3.83 (s, 3H), 0.27 (s, 9H).
1,4-디메톡시-2-에티닐-5-(에티닐페닐)벤젠(15) . 1,4-디메톡시-2-에티닐페닐-5-(트리메틸실릴에티닐)벤젠(0.830 g, 2.48 mmol), 탄산칼륨(1.71 g, 12.4 mmol), 메탄올(50 mL), 및 디클로로메탄(50 mL)을 탈보호를 위한 일반적 절차에 따라 사용하여 원하는 제품을 얻었다(0.513 g, 79% 수율). 1,4-dimethoxy-2-ethynyl-5- (ethynylphenyl) benzene (15) . 1,4-dimethoxy-2-ethynylphenyl-5- (trimethylsilylethynyl) benzene (0.830 g, 2.48 mmol), potassium carbonate (1.71 g, 12.4 mmol), methanol (50 mL), and dichloromethane ( 50 mL) was used following the general procedure for deprotection to afford the desired product (0.513 g, 79% yield).
1H NMR(400MHz, CDC13) δ 7.55(m, 2H), 7.33(m, 3H), 7.00(s, 1H), 6.98(s, 1H), 3.87(s, 3H), 3.86(s, 3H), 3.39(s, 1H). 1 H NMR (400 MHz, CDC1 3 ) δ 7.55 (m, 2H), 7.33 (m, 3H), 7.00 (s, 1H), 6.98 (s, 1H), 3.87 (s, 3H ), 3.86 (s, 3H ), 3.39 (s, 1 H).
4,4'-디(에티닐페닐)-2',5'-디메톡시-1-벤젠티오아세테이트(16). 화합물 15(0.513 g, 1.96 mmol), 비스(디벤질리덴아세톤)팔라듐(0)(0.058 g, 0.10 mmol), 요오드화 구리(I)(0.019 g, 0.10 mmol), 트리페닐포스핀(0.066 g, 0.25 mmol), THF(20 mL), Huenig 염기(1.37 mL, 7.84 mmol), 및 4-(티오아세틸)요오도벤젠(0.608 g, 2.16 mmol)을 커플링을 위한 일반적 절차에 따라 사용하였다. 튜브에 캡을 씌우고 55℃ 오일 배스에서 3일간 가열했다. 플래시 칼럼 크로마토그래피(실리카겔, 용리제로서 디클로로메탄 사용) 처리하여 약간 불순물이 있는 상태로 원하는 제품을 얻었다(0.621 g, 76% 수율). 4,4'-di (ethynylphenyl) -2 ', 5'-dimethoxy-1-benzenethioacetate (16). Compound 15 (0.513 g, 1.96 mmol), bis (dibenzylideneacetone) palladium (0) (0.058 g, 0.10 mmol), copper iodide (I) (0.019 g, 0.10 mmol), triphenylphosphine (0.066 g, 0.25 mmol), THF (20 mL), Huenig base (1.37 mL, 7.84 mmol), and 4- (thioacetyl) iodobenzene (0.608 g, 2.16 mmol) were used following the general procedure for coupling. The tube was capped and heated in a 55 ° C. oil bath for 3 days. Flash column chromatography (silica gel, using dichloromethane as eluent) afforded the desired product with slightly impurities (0.621 g, 76% yield).
1H NMR(400MHz, CDC13) δ 7.57(in, 4H), 7.38(d, J=8.1Hz, 2H), 7.33(m, 3H), 7.03(s, 1H), 7.02(s, 1H), 3.874(s, 3H), 3.870(s, 3H), 2.40(s, 3H). 1 H NMR (400 MHz, CDC1 3 ) δ 7.57 (in, 4H), 7.38 (d, J = 8.1 Hz, 2H), 7.33 (m, 3H), 7.03 (s, 1H), 7.02 (s, 1H), 3.874 (s, 3H), 3.870 (s, 3H), 2.40 (s, 3H).
2-에티닐페닐-5-((4'-티오아세틸)에티닐페닐)벤조퀴논(17). 화합물 16(0.050 g, 0.12 mmol), 아세토니트릴(5 mL), 및 THF(5 mL)를 교반봉이 들어 있는 25 mL 둥근 바닥 플라스크에 투입했다. 물(1 mL)에 용해된 세릭 암모늄니트레이트 용액(0.13 g, 0.24 mmol)를 한번에 가했다. 실온에서 30분간 교반한 후, 다시 동 량의 세릭 암모늄니트레이트(0.13 g, 0.24 mmol)를 첨가했다. 추가 20분 후, 물(30 mL)을 첨가함으로써 반응물을 냉각하여 오렌지색 고체를 침전시켰다. 플래시 칼럼 크로마토그래피(실리카겔, 용리제로서 디클로로메탄 사용) 처리하여 원하는 제품을 얻었다(0.034 g, 74% 수율). 2-ethynylphenyl-5-((4'-thioacetyl) ethynylphenyl) benzoquinone (17). Compound 16 ( 0.050 g, 0.12 mmol), acetonitrile (5 mL), and THF (5 mL) were charged to a 25 mL round bottom flask containing a stir bar. Ceric ammonium nitrate solution (0.13 g, 0.24 mmol) dissolved in water (1 mL) was added in one portion. After stirring for 30 minutes at room temperature, the same amount of ceric ammonium nitrate (0.13 g, 0.24 mmol) was added again. After another 20 minutes, the reaction was cooled by adding water (30 mL) to precipitate an orange solid. Flash column chromatography (silica gel, using dichloromethane as eluent) afforded the desired product (0.034 g, 74% yield).
IR(KBr) 3053.0, 2924.3, 2852.6, 2205.4, 1703.4, 1652.7, 1568.8, 1483.7, 1442.2, 1354.8, 1221.3, 1105.4, 1089.4, 949.6, 920.1, 830.9, 758.2, 688.2, 620.6 cm-1. 1H NMR(400MHz, CDC13) δ 7.58(m, 4H), 7.42(m, 2H), 7.38(m, 3H), 6.98(s, 1H), 6.97(s, 1H), 2.42(s, 3H). 13C NMR(100MHz, CDC13) δ 193.22, 182.74, 182.67, 136.88, 136.51, 134.63, 133.34, 133.24, 132.99, 132.84, 130.94, 130.63, 128.99, 122.81, 121.80, 105.38, 103.99, 84.17, 82.92, 30.80. C24,H14,03,S에 대한 HRMS 계산값: 382.0664. 측정값: 382.0663.IR (KBr) 3053.0, 2924.3, 2852.6, 2205.4, 1703.4, 1652.7, 1568.8, 1483.7, 1442.2, 1354.8, 1221.3, 1105.4, 1089.4, 949.6, 920.1, 830.9, 758.2, 688.2, 620.6 cm -1 . 1 H NMR (400 MHz, CDC1 3 ) δ 7.58 (m, 4H), 7.42 (m, 2H), 7.38 (m, 3H), 6.98 (s, 1H), 6.97 (s, 1H), 2.42 (s, 3H ). 13 C NMR (100 MHz, CDC1 3 ) δ 193.22, 182.74, 182.67, 136.88, 136.51, 134.63, 133.34, 133.24, 132.99, 132.84, 130.94, 130.63, 128.99, 122.81, 121.80, 105.38, 103.99, 84.17, 82.92, 92.92 HRMS calcd for C 24 , H 14 , 0 3 , S: 382.0664. Found: 382.0663.
l,4-디메톡시-2,5-비스(트리메틸실릴에티닐)벤젠. 화합물 11(1.75 g, 5.91 mmol), 비스(트리페닐포스핀)팔라듐 디클로라이드(0.207 g, 0.296 mmol), 요오드화 구리(I)(0.113 g, 0.591 mmol), 트리페닐포스핀(0.155 g, 0.591 mmol), THF(20 mL), Huenig 염기(4.1 mL, 23.64 mmol), 및 트리메틸실릴아세틸렌(2.51 mL, 17.73 mmol)을 커플링을 위한 일반적 절차에 따라 사용하였다. 튜브에 캡을 씌우고 55℃ 오일 배스에서 2일간 가열했다. 플래시 칼럼 크로마토그래피(실리카겔, 용리제로서 1:1 헥산/디클로로메탄 사용) 처리하여 원하는 제품을 얻었다(1.54 g, 79% 수 율). l, 4-dimethoxy-2,5-bis (trimethylsilylethynyl) benzene. Compound 11 (1.75 g, 5.91 mmol), bis (triphenylphosphine) palladium dichloride (0.207 g, 0.296 mmol), copper iodide (I) (0.113 g, 0.591 mmol), triphenylphosphine (0.155 g, 0.591 mmol), THF (20 mL), Huenig base (4.1 mL, 23.64 mmol), and trimethylsilylacetylene (2.51 mL, 17.73 mmol) were used following the general procedure for coupling. The tube was capped and heated in a 55 ° C. oil bath for 2 days. Flash column chromatography (silica gel, using 1: 1 hexanes / dichloromethane as eluent) afforded the desired product (1.54 g, 79% yield).
IR(KBr) 2957.0, 2898.2, 2851.2, 2829.0, 2149.1, 1496.8, 1464.1, 1449.1, 1388.2, 1283.7, 1249.0, 1223.6, 1203.1, 1172.4, 1039.6, 883.2, 841.3, 757.4, 714.9,696.2, 626.4 cm-1. 1H NMR(400MHz, CDC13) δ.89(s, 2H), 3.81(s, 6H), 0.25(s, 18H). 13C NMR(100MHz, CDC13) δ 154.56, 116.59, 113.81, 101.22, 100.84, 56.83, 0.40. C18,H26,02,Si2에 대한 HRMS 계산값: 330.1471, 측정값: 330.1468.IR (KBr) 2957.0, 2898.2, 2851.2, 2829.0, 2149.1, 1496.8, 1464.1, 1449.1, 1388.2, 1283.7, 1249.0, 1223.6, 1203.1, 1172.4, 1039.6, 883.2, 841.3, 757.4, 714.9,696.2, 626.4 cm -1 . 1 H NMR (400 MHz, CDC1 3 ) δ.89 (s, 2H), 3.81 (s, 6H), 0.25 (s, 18H). 13 C NMR (100 MHz, CDC1 3 ) δ 154.56, 116.59, 113.81, 101.22, 100.84, 56.83, 0.40. HRMS calcd for C 18 , H 26 , 0 2 , Si 2 : 330.1471, found: 330.1468.
1,4-디메톡시-2,5-디에티닐벤젠 (18). 1,4-디메톡시-2,5-비스(트리메틸실릴에티닐)벤젠(1.50 g, 4.54 mmol), 탄산칼륨(6.27 g, 45.4 mmol), 메탄올(50 mL), 및 디클로로메탄(50 mL)을 탈보호를 위한 일반적 절차에 따라 사용하여 원하는 제품을 얻었다(0.829 g, 98 %). 1,4-dimethoxy-2,5-diethynylbenzene (18). 1,4-dimethoxy-2,5-bis (trimethylsilylethynyl) benzene (1.50 g, 4.54 mmol), potassium carbonate (6.27 g, 45.4 mmol), methanol (50 mL), and dichloromethane (50 mL) Was used following the general procedure for deprotection to give the desired product (0.829 g, 98%).
1H NMR(400MHz, CDC13) δ 6.96(s, 2H), 3.84(s, 6H), 3.37(s, 2H). 1 H NMR (400 MHz, CDC1 3 ) δ 6.96 (s, 2H), 3.84 (s, 6H), 3.37 (s, 2H).
2,5-비스(4'-(티오아세틸)에티닐페닐)-1,4-디메톡시벤젠(19). 화합물 18(0.810 g, 4.35 mmol), 비스(디벤질리덴아세톤)팔라듐(0.253 g, 0.44 mmol), 요오드화 구리(I)(0.084 g,0.44 mmol), 트리페닐포스핀(0.115 g, 0.44 mmol), THF(30 mL), Hnig's 염기(4.5 mL, 26.1 mmol), 및 4-(티오아세틸)요오도벤젠22(2.54 g, 9.14 mmol)을 커플링을 위한 일반적 절차에 따라 사용하였다. 상기 용액을 60℃ 오일 배스에서 16시간 동안 교반했다. 디클로로메탄/헥산으로부터 결정화하여 원하는 제품을 얻었다(1.81 g, 85 %). 2,5-bis (4 '-(thioacetyl) ethynylphenyl) -1,4-dimethoxybenzene (19). Compound 18 (0.810 g, 4.35 mmol), bis (dibenzylideneacetone) palladium (0.253 g, 0.44 mmol), copper iodide (I) (0.084 g, 0.44 mmol), triphenylphosphine (0.115 g, 0.44 mmol) , THF (30 mL), Hnig's base (4.5 mL, 26.1 mmol), and 4- (thioacetyl) iodobenzene 22 (2.54 g, 9.14 mmol) was used according to the general procedure for coupling. The solution was stirred for 16 h in a 60 ° C. oil bath. Crystallization from dichloromethane / hexanes afforded the desired product (1.81 g, 85%).
IR(KBr) 3129.1, 3057.4, 3006.2, 2975.5, 2940.0, 2847.4, 2207.2, 1697.7, 1506.8, 1483.1, 1463.1, 1396.2, 1279.2, 1223.5, 1122.2, 1034.2, 949.5, 898.8, 825.5, 765.6, 616.8 cm-1. 1H NMR(400MHz, CDC13) δ 7.57(dt, J=8.5, 1.9Hz, 4H), 7.39(dt, J=8.5, 2.0Hz, 4H), 7.01(s, 2H), 3.89(s, 6H), 2.42(s, 6H). 13C NMR(100MHz, CDC13) δ 193.85, 154.43, 134.58, 132.65, 128.64, 124.84, 116.08, 113.75, 94.76, 87.73, 56.91, 30.70. C28,H22,04,S2에 대한 HRMS 계산값:486.0960 측정값: 486.0956.IR (KBr) 3129.1, 3057.4, 3006.2, 2975.5, 2940.0, 2847.4, 2207.2, 1697.7, 1506.8, 1483.1, 1463.1, 1396.2, 1279.2, 1223.5, 1122.2, 1034.2, 949.5, 898.8, 825.5, 765.6, 616.8 cm -1 . 1 H NMR (400 MHz, CDC1 3 ) δ 7.57 (dt, J = 8.5, 1.9 Hz, 4H), 7.39 (dt, J = 8.5, 2.0 Hz, 4H), 7.01 (s, 2H), 3.89 (s, 6H ), 2.42 (s, 6 H). 13 C NMR (100 MHz, CDC1 3 ) δ 193.85, 154.43, 134.58, 132.65, 128.64, 124.84, 116.08, 113.75, 94.76, 87.73, 56.91, 30.70. HRMS calcd for C 28 , H 22 , 0 4 , S 2 : 486.0960 Found: 486.0956.
2,5-비스(4'-(티오아세틸)에티닐페닐)벤조퀴논(20). 화합물 19(0.050 g, 0.103 mmol), 아세토니트릴(5 mL), 및 THF(3 mL)를 교반봉이 들어 있는 25 mL 둥근 바닥 플라스크에 투입했다. 물(2 mL) 중의 세릭 암모늄니트레이트 용액(0.339 g, 0.618 mmol)을 30분 간격으로 두 부분으로 첨가했다. 실온에서 3시간 교반한 후, 반응물에 물을 가하여 오렌지색 고체를 침전시켰다. 플래시 칼럼 크로마토그래피(실리카겔, 용리제로서 디클로로메탄 사용) 처리하여 원하는 제품을 얻었다(0.023 g, 49% 수율). 2,5-bis (4 '-(thioacetyl) ethynylphenyl) benzoquinone (20). Compound 19 ( 0.050 g, 0.103 mmol), acetonitrile (5 mL), and THF (3 mL) were added to a 25 mL round bottom flask containing a stir bar. A solution of ceric ammonium nitrate (0.339 g, 0.618 mmol) in water (2 mL) was added in two portions at 30 minute intervals. After stirring for 3 hours at room temperature, water was added to the reaction to precipitate an orange solid. Flash column chromatography (silica gel, using dichloromethane as eluent) afforded the desired product (0.023 g, 49% yield).
IR(KBr) 2922.2, 2847.4, 2203.4, 1694.9, 1660.1, 1569.9, 1351.8, 1212.3, 1119.7, 1084.6, 1013.2, 960.3, 826.8, 620.6 cm-1. 1H NMR(400MHz, CDCl3 ) δ 7.60(dt, J=8.3, 1.6Hz, 4H), 7.42(dt, J=8.3, 1.6Hz, 4H), 7.00(s, 2H), 2.43(s, 6H). 13C NMR(100MHz, CDC13) δ 193.23, 182.61, 136.86, 134.64, 133.25, 133.07, 130.97, 122.78, 104.14, 84.08, 30.79. C26,H15,04,S2에 대한 HRMS 계산값: 456.0500, 측정값: 456.0490.IR (KBr) 2922.2, 2847.4, 2203.4, 1694.9, 1660.1, 1569.9, 1351.8, 1212.3, 1119.7, 1084.6, 1013.2, 960.3, 826.8, 620.6 cm -1 . 1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ) δ 7.60 (dt, J = 8.3, 1.6 Hz, 4H), 7.42 (dt, J = 8.3, 1.6 Hz, 4H), 7.00 (s, 2H), 2.43 (s, 6H ). 13 C NMR (100 MHz, CDC1 3 ) δ 193.23, 182.61, 136.86, 134.64, 133.25, 133.07, 130.97, 122.78, 104.14, 84.08, 30.79. HRMS calcd for C 26 , H 15 , 0 4 , S 2 : 456.0500, found: 456.0490.
2,5-비스(4'-에티닐피리딜)-l-니트로벤젠(22). THF(4 mL) 중의 2,5-디브로모니트로벤젠(0.28 g, 0.997 mmol), 비스(트리페닐포스핀)팔라듐 디클로라이드(0.07 g, 0.098 mmol), 요오드화 구리(I)(0.019 g, 0.098 mmol), 트리페닐포스핀(0.106 g, 0.40 mmol) 및 K2C03 (1.1 g, 7.96 mmol)의 용액에 THF(4 mL) 및 MeOH(2 mL) 중의 화합물 21(0.377 g, 2.15 mmol)을 캐뉼러(cannula)를 통해 첨가했다. 상기 혼합물을 64℃에서 20시간 동안 가열했다. 회전식 증발기로 용매를 제거하고 흑색 잔사를 K2C03 수용액으로 세척하고 Et20로 추출했다. 합친 유기층을 Na2SO4 위에서 건조, 여과하고 진공 중에서 용매를 증발시켰다. 플래시 크로마토그래피(실리카겔, 헥산/AcOEt 70/30, 50/50, 20/80, 0/100)에 의해 정제하여 60 mg(24% 수율)의 표제 화합물을 황색 고체로서 얻었다. 2,5-bis (4'-ethynylpyridyl) -l-nitrobenzene (22) . 2,5-dibromonitrobenzene (0.28 g, 0.997 mmol), bis (triphenylphosphine) palladium dichloride (0.07 g, 0.098 mmol) in THF (4 mL), copper iodide (I) (0.019 g, 0.098 mmol), triphenylphosphine (0.106 g, 0.40 mmol) and Compound 21 (0.377 g, 2.15 mmol) in THF (4 mL) and MeOH (2 mL) in a solution of K 2 CO 3 (1.1 g, 7.96 mmol). ) Was added via cannula. The mixture was heated at 64 ° C. for 20 hours. Solvent was removed with a rotary evaporator and the black residue K 2 C0 3 Washed with aqueous solution and extracted with
Mp: 178-180℃. IR(KBr) 3414.0, 3036.7, 1616.0, 1589.4, 1538.1, 1519.9, 1407.9, 1345.7, 1271.1, 1214.1, 828.3 cm-1. 1H NMR(400MHz, DMSO-d) δ 8.69(br s, 4H), 8.44(d, J=1.4Hz, 1H), 8.04(1/2 ABqd, J=8.0, 1.4Hz, 1H), 7.99(1/2 ABq, J=8.0Hz, 1H), 7.60(d, J=5.8Hz, 2H), 7.57(d, J=5.8Hz, 2H). 13C NMR(100MHz, DMSO-d) δ 150.21, 150.13, 149.42, 136.27, 135.36, 129.16, 129.11, 127.96, 125.50, 125.39, 123.25, 116.55, 94.98, 90.63, 90.59, 88.13. C20H11N3 02에 대한 HRMS 계산값: 325.0851, 측정값: 325.0847.Mp: 178-180 ° C. IR (KBr) 3414.0, 3036.7, 1616.0, 1589.4, 1538.1, 1519.9, 1407.9, 1345.7, 1271.1, 1214.1, 828.3 cm -1 . 1 H NMR (400 MHz, DMSO-d) δ 8.69 (br s, 4H), 8.44 (d, J = 1.4 Hz, 1H), 8.04 (1/2 ABqd, J = 8.0, 1.4 Hz, 1H), 7.99 ( 1/2 ABq, J = 8.0 Hz, 1H), 7.60 (d, J = 5.8 Hz, 2H), 7.57 (d, J = 5.8 Hz, 2H). 13 C NMR (100 MHz, DMSO-d) δ 150.21, 150.13, 149.42, 136.27, 135.36, 129.16, 129.11, 127.96, 125.50, 125.39, 123.25, 116.55, 94.98, 90.63, 90.59, 88.13. HRMS calcd for C 20 H 11 N 3 0 2 : 325.0851. Found: 325.0847.
1-브로모-4-(4'-에티닐피리딜)-3-니트로벤젠(23). THF(2 mL) 중의 2,5-디브로모니트로벤젠(0.43 g, 1.53 mmol), 비스(트리페닐포스핀)팔라듐(Il) 디클로라이드(0.052 g, 0.074 mmol), 요오드화 구리(I)(0.015 g, 0.078 mmol), 트리페닐포스핀(0.079 g, 0.30 rnrnol) 및 K2C03(0.83 g, 6.0 mmol)의 용액에 THF(4 mL) 및 MeOH(1.5 mL) 중의 화합물 21(0.342 g, 1.95 mmol)을 캐뉼러를 통해 첨가했다. 상기 혼합물을 23℃에서 2일간 가열했다. 회전식 증발기로 용매를 제거하고 잔사를 물로 희석한 후 Et20로 추출했다. 합친 유기층을 Na2SO4, 위에서 건조하고 여과한 후 진공 중에서 용매를 증발시켰다. 플래시 크로마토그래피(실리카겔, 헥산/AcOEt 90/10, 70/30, 50/50)로 처리하여 330 mg(71% 수율)의 표제 화합물을 오프 화이트 고체로서 얻었다. 1-bromo-4- (4'-ethynylpyridyl) -3-nitrobenzene (23). 2,5-dibromonitrobenzene (0.43 g, 1.53 mmol), bis (triphenylphosphine) palladium (Il) dichloride (0.052 g, 0.074 mmol) in THF (2 mL), copper iodide (I) ( 0.015 g, 0.078 mmol), compound 21 (0.342 g) in THF (4 mL) and MeOH (1.5 mL) in a solution of triphenylphosphine (0.079 g, 0.30 rnrnol) and K 2 CO 3 (0.83 g, 6.0 mmol) , 1.95 mmol) was added via cannula. The mixture was heated at 23 ° C. for 2 days. The solvent was removed on a rotary evaporator and the residue was diluted with water and extracted with
Mp: 166-171℃. IR(KBr) 3424.4, 3093.3, 1592.3, 1521.4, 1409.3, 1341.4, 1272.6 cm-1. 1H NMR(400MHz, CDC13) δ 8.68(br s, 2H), 8.29(d, J=1.9Hz, 1H), 7.79(dd, J=8.3, 2.0Hz, 1H), 7.62(d, J=8.3Hz, 1H), 7.44(d, J=4.7Hz, 2H). 13C NMR(100MHz, CDCl3) δ 149.96, 136.22, 135.69, 130.14, 128.08, 126.67, 125.65, 123.19, 116.48, 94.80, 87.81. C13H7BrN2O2에 대한 HRMS 계산값: 303.9672, 측정값: 303.9682.Mp: 166-171 ° C .. IR (KBr) 3424.4, 3093.3, 1592.3, 1521.4, 1409.3, 1341.4, 1272.6 cm -1 . 1 H NMR (400 MHz, CDC1 3 ) δ 8.68 (br s, 2H), 8.29 (d, J = 1.9 Hz, 1H), 7.79 (dd, J = 8.3, 2.0 Hz, 1H), 7.62 (d, J = 8.3 Hz, 1H), 7.44 (d, J = 4.7 Hz, 2H). 13 C NMR (100 MHz, CDCl 3 ) δ 149.96, 136.22, 135.69, 130.14, 128.08, 126.67, 125.65, 123.19, 116.48, 94.80, 87.81. HRMS calcd for C 13 H 7 BrN 2 O 2 : 303.9672, found: 303.9682.
5-에티닐페닐-2-(4'-에티닐피리딜)-l-니트로벤젠(24). THF(4 mL) 중의 화합물 23(88.8 mg, 0.293 mmol), 비스(트리페닐포스핀)팔라듐(II) 디클로라이드(0.011 g, 0.016 mmol), 요오드화 구리(I)(0.004 g, 0.021 mmol) 및 트리페닐포스핀(0.008 g, 0.029 mmol)의 용액에 Et3N(0.25 mL, 1.76 mmol) 및 페닐아세틸렌(0.1 mL, 9.1 mmol)을 첨가했다. 혼합물을 56℃에서 36시간 동안 교반했다. 용매를 진공 중에서 증발시켰다. 잔사를 물로 희석하고 Et20로 추출했다. 합친 유기층을 MgSO4 위에서 건조하고 여과한 후 진공 중에서 용매를 증발시켰다. 플래시 크로마토그래피(실리카겔, AcOEt/ 헥산 20/80)에 의해 정제하여 65 mg(69% 수율)의 표제 화합물을 황색 고체로서 얻었다. 5-Ethynylphenyl-2- (4'-ethynylpyridyl) -l-nitrobenzene (24) . Compound 23 (88.8 mg, 0.293 mmol), bis (triphenylphosphine) palladium (II) dichloride (0.011 g, 0.016 mmol) in THF (4 mL), copper iodide (I) (0.004 g, 0.021 mmol) and To a solution of triphenylphosphine (0.008 g, 0.029 mmol) was added Et 3 N (0.25 mL, 1.76 mmol) and phenylacetylene (0.1 mL, 9.1 mmol). The mixture was stirred at 56 ° C for 36 h. The solvent was evaporated in vacuo. The residue was diluted with water and extracted with
Mp: 130-132℃. IR(KBr) 3445.3, 3046.3, 2203.5, 1548.5, 1529.1, 1399.9, 1341.6 cm-1. 1H NMR(400MHz, CDCl3) δ 8.67(br d, J=4.9Hz, 2H), 8.27(d, J=1.5Hz, 1H), 7.76(1/2 ABqd, J=8.0, 1.6Hz, 1H), 7.72(1/2 ABqd, J=8.0, 0.5Hz, 1H), 7.56(m, 2H), 7.45(dd, J=5.9, 1.7Hz, 2H), 7.40(m, 3H). 13C NMR(100MHz, CDC13) δ 149.58, 135.39, 134.65, 131.81, 129.34, 128.54, 127.67, 125.32, 121.85, 116.66, 95.30, 94.30, 88.52, 86.63. C21H12N202 에 대한 HRMS 계산값: 324.0899, 측정값: 324.0895.Mp: 130-132 ° C. IR (KBr) 3445.3, 3046.3, 2203.5, 1548.5, 1529.1, 1399.9, 1341.6 cm -1 . 1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ) δ 8.67 (br d, J = 4.9 Hz, 2H), 8.27 (d, J = 1.5 Hz, 1H), 7.76 (1/2 ABqd, J = 8.0, 1.6 Hz, 1H) 7.72 (1/2 ABqd, J = 8.0, 0.5 Hz, 1H), 7.56 (m, 2H), 7.45 (dd, J = 5.9, 1.7 Hz, 2H), 7.40 (m, 3H). 13 C NMR (100 MHz, CDC1 3 ) δ 149.58, 135.39, 134.65, 131.81, 129.34, 128.54, 127.67, 125.32, 121.85, 116.66, 95.30, 94.30, 88.52, 86.63. HRMS calcd for C 21 H 12 N 2 0 2 : 324.0899. Found: 324.0895.
1-브로모-4-에티닐페닐-3-니트로벤젠(25). THF(4 mL) 중의 2,5- 디브로모니트로벤젠(0.937 g, 3.34 mmol), 비스(디벤질리덴아세톤)팔라듐(0.095 g, 0.166 mmol), 요오드화 구리(I)(0.032 g, 0.168 mmol) 및 트리페닐포스핀(0.173 g, 0.66 mmol)의 용액에 Et3N(1 mL, 7.2 mmol) 및 페닐아세틸렌(0.5 mL, 4.56 mmol)를 첨가했다. 혼합물을 23℃에서 48시간 동안 교반했다. 혼합물을 NH4Cl의 포화 용액으로 세척한 다음 Et20로 추출했다. 합친 유기층을 Na2SO4 위에서 건조하고 여과한 후 진공 중에서 용매를 증발시켰다. 플래시 크로마토그래피(실리카겔, CH2C12
/ 헥산 1/8)에 의해 정제하여 0.48 g(47% 수율)의 표제 화합물을 황색 고체로서 얻었다. 1-bromo-4-ethynylphenyl-3-nitrobenzene (25). In THF (4 mL) 2,5-dibromonitrobenzene (0.937 g, 3.34 mmol), bis (dibenzylideneacetone) palladium (0.095 g, 0.166 mmol), copper iodide (I) (0.032 g, 0.168 mmol) and triphenylphosphine To a solution of (0.173 g, 0.66 mmol) was added Et 3 N (1 mL, 7.2 mmol) and phenylacetylene (0.5 mL, 4.56 mmol). The mixture was stirred at 23 ° C for 48 h. The mixture was washed with saturated solution of NH 4 Cl and then extracted with Et 2 O. The combined organic layers were dried over Na 2 SO 4 , filtered and the solvent was evaporated in vacuo. Purification by flash chromatography (silica gel, CH 2 C1 2 /
Mp: 58-74℃. IR(KBr) 3421.9, 3085.5, 2213.4, 1595.7, 1545.9, 1521.3, 1336.5, 1269.2 cm-1. 1H NMR(400MHz, CDCl3) δ 8.23(d, J=1.9Hz, 1H), 7.72(dd, J=8.3Hz, 2.0, 1H), 7.59(m, 3H), 7.40(m, 3H). 13C NMR(100MHz, CDCl3) δ 149.71, 135.91, 135.45, 131.99, 129.44, 128.46, 127.78, 122.03, 121.75, 117.69, 98.43, 84.00. C14H8NO2Br에 대한 HRMS 계산값: 302.9720, 측정값: 302.9725. Mp: 58-74 ° C. IR (KBr) 3421.9, 3085.5, 2213.4, 1595.7, 1545.9, 1521.3, 1336.5, 1269.2 cm -1 . 1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ) δ 8.23 (d, J = 1.9 Hz, 1H), 7.72 (dd, J = 8.3 Hz, 2.0, 1H), 7.59 (m, 3 H), 7.40 (m, 3 H). 13 C NMR (100 MHz, CDCl 3 ) δ 149.71, 135.91, 135.45, 131.99, 129.44, 128.46, 127.78, 122.03, 121.75, 117.69, 98.43, 84.00. HRMS calcd for C 14 H 8 NO 2 Br: 302.9720, found: 302.9725.
2-에티닐페닐-5-(4'-에티닐피리딜)-l-니트로벤젠(26). THF(2 mL) 중의 화합물 25(0.306 g, 1.01 mmol), K2C03(0.713 g, 5.16 mmol), 비스(트리페닐포스핀)팔라 듐 디클로라이드(0.035 g, 0.05 mmol), 요오드화 구리(I)(0.009 g, 0.047 mmol) 및 트리페닐포스핀(0.052 g, 0.198 mmol)에 THF(2 mL) 및 MeOH(1 mL) 중의 화합물 21(0.217 g, 1.24 mmol)을 캐뉼러를 통해 첨가했다. 혼합물을 60℃에서 18시간 동안 가열했다. 회전식 증발기에 의해 용매를 제거하고, 갈색 잔사를 물로 희석한 후 Et20로 추출했다. 합친 유기층을 Na2SO4 위에서 건조하고 여과한 후 진공 중에서 용매를 증발시켰다. 플래시 크로마토그래피(실리카겔, AcOEt/헥산 20/80, 40/60)에 의해 정제하여 260 mg(79% 수율)의 표제 화합물을 황색 고체로서 얻었다. 2-ethynylphenyl-5- (4'-ethynylpyridyl) -l-nitrobenzene (26). Compound 25 (0.306 g, 1.01 mmol), K 2 CO 3 (0.713 g, 5.16 mmol) in THF (2 mL), bis (triphenylphosphine) palladium dichloride (0.035 g, 0.05 mmol), copper iodide ( I) (0.009 g, 0.047 mmol) and triphenylphosphine (0.052 g, 0.198 mmol) were added via cannula compound 21 (0.217 g, 1.24 mmol) in THF (2 mL) and MeOH (1 mL). . The mixture was heated at 60 ° C. for 18 h. The solvent was removed by rotary evaporator and the brown residue was diluted with water and extracted with
Mp: 144-146℃. IR(KBr) 3442.3, 3053.0, 2209.4, 1631.3, 1584.8, 1524.7, 1404.3, 1344.7, 1269.0, 826.4, 755.2, 686.6 cm-1. 1H NMR(400MHz, CDCl3 ) δ 8.67(dd, J=4.4, 1.6Hz, 2H), 8.27(br s, 1H), 7.74(m,2H), 7.63(d, J=1.8Hz, 1H), 7.60(m, 1H), 7.42(m, 5H). 13C NMR(100MHz, CDCl3) δ 149.99, 135.41, 134.65, 132.14, 130.19, 129.61, 128.54, 127.95, 125.50, 122.68, 122.06, 119.15, 99.67, 90.83, 90.27, 84.62. C21H12N202 에 대한 HRMS 계산값: 324.0899, 측정값: 324.0897.Mp: 144-146 ° C. IR (KBr) 3442.3, 3053.0, 2209.4, 1631.3, 1584.8, 1524.7, 1404.3, 1344.7, 1269.0, 826.4, 755.2, 686.6 cm -1 . 1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ) δ 8.67 (dd, J = 4.4, 1.6 Hz, 2H), 8.27 (br s, 1H), 7.74 (m, 2H), 7.63 (d, J = 1.8 Hz, 1H) , 7.60 (m, 1 H), 7.42 (m, 5 H). 13 C NMR (100 MHz, CDCl 3 ) δ 149.99, 135.41, 134.65, 132.14, 130.19, 129.61, 128.54, 127.95, 125.50, 122.68, 122.06, 119.15, 99.67, 90.83, 90.27, 84.62. HRMS calcd for C 21 H 12 N 2 0 2 : 324.0899. Found: 324.0897.
2,5-비스(트리메틸실릴에티닐)-4-니트로아세트아닐리드(27). THF(8 mL) 중의 화합물 6(0.78 g, 2.3 mmol), 비스(디벤질리덴아세톤)팔라듐(0.068 g, 0.118 mmol), 요오드화 구리(I)(0.023 g, 0.012 minol), 트리페닐포스핀(0.123 g, 0.47 mmol)의 용액에 Et3N(1 mL, 7.2 mmol) 및 트리메틸실릴아세틸렌(1 mL, 7.0 mmol)을 첨가했다. 혼합물을 67℃에서 48시간 동안 가열했다. 회전식 증발기에 의해 용매를 제거하고, 갈색 잔사를 물로 희석한 후 Et20로 추출했다. 합친 유기층을 Na2SO
4 위에서 건조하고 여과한 후 진공 중에서 용매를 증발시켰다. 플래시 크로마토그래피(실리카겔, CH2Cl2/헥산 35/65)에 의해 정제하여 410 mg(47% 수율)의 표제 화합물을 오프 화이트 고체로서 얻었다. 2,5-bis (trimethylsilylethynyl) -4-nitroacetanilide (27). Compound 6 (0.78 g, 2.3 mmol), bis (dibenzylideneacetone) palladium (0.068 g, 0.118 mmol) in THF (8 mL), copper iodide (I) (0.023 g, 0.012 minol), triphenylphosphine ( To a solution of 0.123 g, 0.47 mmol) was added Et 3 N (1 mL, 7.2 mmol) and trimethylsilylacetylene (1 mL, 7.0 mmol). The mixture was heated at 67 ° C. for 48 h. The solvent was removed by rotary evaporator and the brown residue was diluted with water and extracted with
Mp: 162-164℃. IR(KBr) 3372.9, 2962.9, 2146.0, 1727.2, 1611.2, 1544.9, 1501.5, 1457.1, 1404.3, 1338.2, 1250.6, 1222.3, 881.9 cm-1. 1H NMR(400MHz, CDC13) δ 8.75(s, 1H), 8.15(s, 1H), 8.10(br s, 1H), 2.27(s, 3H), 0.33(s, 9H), 0.28(s, 9H). 13C NMR(100MHz, CDC13) δ 168.21, 144.19, 142.41, 128.11, 123.82, 120.18, 111.52, 106.66, 106.16, 99.50, 97.44, 24.90, -0.31, -0.46. C18H24N 2O3Si2에 대한 HRMS 계산값: 372.1326, 측정값: 372.1326.Mp: 162-164 ° C. IR (KBr) 3372.9, 2962.9, 2146.0, 1727.2, 1611.2, 1544.9, 1501.5, 1457.1, 1404.3, 1338.2, 1250.6, 1222.3, 881.9 cm -1 . 1 H NMR (400 MHz, CDC1 3 ) δ 8.75 (s, 1H), 8.15 (s, 1H), 8.10 (br s, 1H), 2.27 (s, 3H), 0.33 (s, 9H), 0.28 (s, 9H). 13 C NMR (100 MHz, CDC1 3 ) δ 168.21, 144.19, 142.41, 128.11, 123.82, 120.18, 111.52, 106.66, 106.16, 99.50, 97.44, 24.90, -0.31, -0.46. HRMS calcd for C 18 H 24 N 2 0 3 Si 2 : 372.1326, found: 372.1326.
2,5-비스(4'-에티닐피리딜)-4-니트로아닐린(28). THF(4 mL) 중의 화합물 27(0.056 g, 0.15 mmol), 4-요오도피리딘(0.08 g, 0.39 mmol), K2C03(0.17 g, 1.2 mmol), 비스(트리페닐포스핀)팔라듐(II) 디클로라이드(0.01 g, 0.015 mmol), 요오드화 구리(l)(0.004 g, 0.021 mmol) 및 트리페닐포스핀(0.016 g, 0.061 mmol)의 용액에 MeOH(1 mL)을 첨가했다. 혼합물을 60℃에서 50시간 동안 가열했다. 회전식 증발기에 의해 용매를 제거하고, 갈색 잔사를 물로 희석한 후 AcOEt로 추출했다. 합친 유기층을 Na2SO4 위에서 건조하고 여과한 후 진공 중에서 용매를 증발시켰다. 플래시 크로마토그래피(실리카겔, AcOEt)에 의해 정제하여 8 mg(16% 수율)의 표제 화합물을 황색 고체로서 얻었다. 2,5-bis (4'-ethynylpyridyl) -4-nitroaniline (28) . Compound 27 (0.056 g, 0.15 mmol), 4-iodopyridine (0.08 g, 0.39 mmol), K 2 CO 3 (0.17 g, 1.2 mmol), bis (triphenylphosphine) palladium in THF (4 mL) II) To a solution of dichloride (0.01 g, 0.015 mmol), copper iodide (l) (0.004 g, 0.021 mmol) and triphenylphosphine (0.016 g, 0.061 mmol) MeOH (1 mL) was added. The mixture was heated at 60 ° C. for 50 h. The solvent was removed by a rotary evaporator and the brown residue was diluted with water and extracted with AcOEt. The combined organic layers were dried over Na 2 SO 4 , filtered and the solvent was evaporated in vacuo. Purification by flash chromatography (silica gel, AcOEt) gave 8 mg (16% yield) of the title compound as a yellow solid.
Mp: 154-160℃. IR(KBr) 3730.2, 3438.6, 2204.8, 1592.4, 1541.1, 1409.8, 1308.5, 1249.9, 818.8 cm-1. 1H NMR(400MHz, CDC13) δ 8.67(dd, J=4.4, 1.7Hz, 2H), 8.65(dd, J= 4.5, 1.7Hz, 2H), 8.34(s, 1H), 7.44(dd, J=4.5, 1.7Hz, 2H), 7.40(dd, J4,4, 1.6Hz, 2H), 6.99(s, IH), 5.03(br s, 2H). 13C NMR(100MHz, CDC13 ) δ 151.26, 150.03, 149.90, 139.56, 130.71, 130.52, 130.00, 125.65, 125.33, 120.33, 118.52, 106.57, 94.67, 94.19, 89.55, 87.27. C20H12N40 2에 대한 HRMS 계산값: 340.0960, 측정값: 340.0958.Mp: 154-160 ° C .. IR (KBr) 3730.2, 3438.6, 2204.8, 1592.4, 1541.1, 1409.8, 1308.5, 1249.9, 818.8 cm -1 . 1 H NMR (400 MHz, CDC1 3 ) δ 8.67 (dd, J = 4.4, 1.7 Hz, 2H), 8.65 (dd, J = 4.5, 1.7 Hz, 2H), 8.34 (s, 1H), 7.44 (dd, J = 4.5, 1.7 Hz, 2H), 7.40 (dd, J4, 4, 1.6 Hz, 2H), 6.99 (s, IH), 5.03 (br s, 2H). 13 C NMR (100 MHz, CDC1 3 ) δ 151.26, 150.03, 149.90, 139.56, 130.71, 130.52, 130.00, 125.65, 125.33, 120.33, 118.52, 106.57, 94.67, 94.19, 89.55, 87.27. HRMS calcd for C 20 H 12 N 4 0 2 : 340.0960, found 340.0958.
2-아미노-4-(4'-에티닐피리딜)-5-니트로브로모벤젠(29). THF(4 mL) 중의 화합물 6(0.877 g, 8.84 mmol), K2C03(1.08 g, 7.81 mmol), 비스(트리페닐포스핀)팔라듐 디클로라이드(0.054 g, 0.077 mmol), 요오드화 구리(1)(0.025 g, 0.13 mmol) 및 트리페닐포스핀(0.068 g, 0.26 mmol)의 용액에 THF(8 mL) 및 MeOH(3 mL) 중의 화합물 21(0.404 g, 2.30 mmol)을 캐뉼러를 통해 첨가했다. 혼합물을 23℃에서 1일간 가열했다. 진공 중에서 용매를 제거하고, 잔사를 물로 희석한 후 AcOEt로 추출했다. 합친 유기상을 MgSO4 위에서 건조하고 여과한 후 진공 중에서 용매를 증발시켰 다. 플래시 크로마토그래피(실리카겔, AcOEt/헥산 40/60 50/50)에 의해 정제하여 290 mg(39% 수율)의 표제 화합물을 황색 고체로서 얻었다. 2-Amino-4- (4′-ethynylpyridyl) -5-nitrobromobenzene (29) . Compound 6 (0.877 g, 8.84 mmol), K 2 CO 3 (1.08 g, 7.81 mmol) in THF (4 mL), bis (triphenylphosphine) palladium dichloride (0.054 g, 0.077 mmol), copper iodide (1 ) (0.025 g, 0.13 mmol) and triphenylphosphine (0.068 g, 0.26 mmol) were added via cannula compound 21 (0.404 g, 2.30 mmol) in THF (8 mL) and MeOH (3 mL). did. The mixture was heated at 23 ° C. for 1 day. The solvent was removed in vacuo and the residue was diluted with water and extracted with AcOEt. The combined organic phases were dried over MgSO 4 , filtered and the solvent was evaporated in vacuo. Purification by flash chromatography (silica gel, AcOEt / hexane 40/60 50/50) afforded 290 mg (39% yield) of the title compound as a yellow solid.
Mp: 226-228℃. IR(KBr) 3385.4, 3297.7, 3171.3, 1646.8, 1591.7, 1556.9, 1471.3, 1297.8 cm-1. 1H NMR(400MHz, DMSO-d) δ 8.66(br d, J=3.8Hz, 2H), 8.32(d, J=1.3Hz, 1H), 7.53(br d, J=4.5Hz, 211), 7.06(d, J=1.3Hz, 1H), 6.94(br s, 2H). 13C NMR(100MHz, DMSO-d) δ 151.33, 150.12, 136.44, 130.70, 129.64, 125.32, 118.13, 117.73, 106.02, 91.85, 89.72. C13H8BrN3O2 에 대한 HRMS 계산값: 316.9800, 측정값: 316.9801.Mp: 226-228 ° C. IR (KBr) 3385.4, 3297.7, 3171.3, 1646.8, 1591.7, 1556.9, 1471.3, 1297.8 cm -1 . 1 H NMR (400 MHz, DMSO-d) δ 8.66 (br d, J = 3.8 Hz, 2H), 8.32 (d, J = 1.3 Hz, 1H), 7.53 (br d, J = 4.5 Hz, 211), 7.06 (d, J = 1.3 Hz, 1 H), 6.94 (br s, 2 H). 13 C NMR (100 MHz, DMSO-d) δ 151.33, 150.12, 136.44, 130.70, 129.64, 125.32, 118.13, 117.73, 106.02, 91.85, 89.72. HRMS calcd for C 13 H 8 BrN 3 O 2 : 316.9800, found: 316.9801.
4-아미노-2-(4'-에티닐피리딜)-1-니트로-5-(트리메틸실릴에티닐)벤젠. THF(10 mL) 중의 화합물 29(0.310 g, 0.975 mmol), 비스(트리페닐포스핀) 팔라듐 디클로라이드(0.035 g, 0.05 mmol), 요오드화 구리(I)(0.011 g, 0.05 mmol) 및 트리페닐포스핀(0.026 g, 0.10 mmol)의 용액에 Et3N(0.9 mL, 6.5 mmol) 및 트리메틸실릴아세틸렌(0.2 mL, 1.4 mmol)을 첨가했다. 혼합물을 60℃에서 2일간 가열했다. 진공 중에서 용매를 제거하고, 잔사를 물로 희석한 후 AcOEt로 추출했다. 합친 유기상을 MgSO4 위에서 건조하고 여과한 후 진공 중에서 용매를 증발시켰다. 플래시 크로마토그래피(실리카겔, Et2O)에 의해 정제하여 160 mg(49% 수율)의 표제 화합물을 황색 고체로서 얻었다. 4-amino-2- (4'-ethynylpyridyl) -1-nitro-5- (trimethylsilylethynyl) benzene. Compound 29 (0.310 g, 0.975 mmol), bis (triphenylphosphine) palladium dichloride (0.035 g, 0.05 mmol) in THF (10 mL), copper iodide (I) (0.011 g, 0.05 mmol) and triphenylforce To a solution of pin (0.026 g, 0.10 mmol) was added Et 3 N (0.9 mL, 6.5 mmol) and trimethylsilylacetylene (0.2 mL, 1.4 mmol). The mixture was heated at 60 ° C. for 2 days. The solvent was removed in vacuo and the residue was diluted with water and extracted with AcOEt. The combined organic phases were dried over MgSO 4 , filtered and the solvent was evaporated in vacuo. Purification by flash chromatography (silica gel, Et 2 O) afforded 160 mg (49% yield) of the title compound as a yellow solid.
Mp: 145-150℃. IR(KBr) 3451.9, 3379.1, 2960.5, 2149.5, 1620.4, 1597.9, 1545.5, 1512.2, 1317.0 cm-1. 1H NMR(400MHz, CDC13) δ 8.65(dd, J=4.6, 1.5Hz, 2H), 8.25(s, 1H), 7.44(dd, J=4.3, 1.5Hz, 211), 6.93(s, 1H), 4.90(s, 2H), 0.30(s, 9H). 13C NMR(100MHz, CDC13) δ 151.44, 149.90, 139.35, 130.65, 130.43, 125.65, 119.56, 118.06, 107.93, 104.28, 98.37, 93.70, 89.79, -0.15. C18H17N 3O2Si에 대한 HRMS 계산값: 335.1090, 측정값: 335.1089.Mp: 145-150 ° C. IR (KBr) 3451.9, 3379.1, 2960.5, 2149.5, 1620.4, 1597.9, 1545.5, 1512.2, 1317.0 cm -1 . 1 H NMR (400 MHz, CDC1 3 ) δ 8.65 (dd, J = 4.6, 1.5 Hz, 2H), 8.25 (s, 1H), 7.44 (dd, J = 4.3, 1.5 Hz, 211), 6.93 (s, 1H ), 4.90 (s, 2H), 0.30 (s, 9H). 13 C NMR (100 MHz, CDC1 3 ) δ 151.44, 149.90, 139.35, 130.65, 130.43, 125.65, 119.56, 118.06, 107.93, 104.28, 98.37, 93.70, 89.79, -0.15. HRMS calcd for C 18 H 17 N 3 0 2 Si: 335.1090, found 335.1089.
4-아미노-5-에티닐-2-(4-에티닐피리딜)-1-니트로벤젠.(30). MeOH(15 mL) 및 CH2Cl2(15 mL) 중의 4-아미노-2-(4'-에티닐피리딜)-1-니트로-5-(트리메틸실릴에티닐)벤젠(160 mg, 0.477 mmol) 용액에 K2C03(0.66 g, 4.77 mmol)을 첨가했다. 4-amino-5-ethynyl-2- (4-ethynylpyridyl) -1-nitrobenzene. (30). 4-amino-2- (4'-ethynylpyridyl) -1-nitro-5- (trimethylsilylethynyl) benzene (160 mg, 0.477 mmol) in MeOH (15 mL) and CH 2 Cl 2 (15 mL) To the solution was added K 2 CO 3 (0.66 g, 4.77 mmol).
상기 용액을 23℃에서 2시간 동안 가열했다. 반응 혼합물을 물로 희석한 후 AcOEt로 추출했다. 합친 유기층을 MgSO4 위에서 건조하고 여과한 후 진공 중에서 용매를 증발시켰다. 상기 반응 결과 0.11 g(88% 수율)의 표제 화합물을 황색 고체로서 얻었다. 상기 제품은 너무 불안정하여 완전한 특성 데이터를 얻을 수 없었다.The solution was heated at 23 ° C. for 2 hours. The reaction mixture was diluted with water and extracted with AcOEt. The combined organic layers were dried over MgSO 4 , filtered and the solvent was evaporated in vacuo. The reaction resulted in 0.11 g (88% yield) of the title compound as a yellow solid. The product was so unstable that complete character data could not be obtained.
1H NMR(400MHz, DMSO-d) δ 8.67(dd, J=4.5, 1.6Hz, 2H), 8.12(s, 1H), 7.53(dd, J=4.5, 1.6Hz, 2H), 7.03(s, 1H), 6.97(br s, 2H), 4.70(s, 1H). 1 H NMR (400 MHz, DMSO-d) δ 8.67 (dd, J = 4.5, 1.6 Hz, 2H), 8.12 (s, 1H), 7.53 (dd, J = 4.5, 1.6 Hz, 2H), 7.03 (s, 1H), 6.97 (br s, 2H), 4.70 (s, 1H).
4-아미노-2-(4'-에티닐피리딜)-5-(4'-티오아세틸페닐에티닐)-1-니트로벤젠(31). THF(13 mL) 중의 화합물 30(0.110 g, 0.418 mmol), 4-티오아세틸요오도벤젠(0.124 g, 0.446 mmol), 비스(트리페닐포스핀)팔라듐(II) 디클로라이드(0.015 g, 0.021 mmol), 요오드화 구리(I)(0.004 g, 0.021 mmol) 및 트리페닐포스핀(0.014 g, 0.053 mmol)의 용액에 Et3N(0.4 mL, 2.9 mmol)을 첨가했다. 상기 혼합물을 50℃에서 2일간 교반했다. 반응은 TLC(AcOEt/hex 75/25)로 체크했다. 추가의 비스(트리페닐포스핀)팔라듐 디클로라이드(0.014 g, 0.020 mmol), 요오드화 구리(I)(0.035 g, 0.0 18 mmol) 및 트리페닐포스핀(0.085 g, 0.324 mmol)을 첨가하고 반응물을 60℃에서 1일간 교반했다. 용매를 진공 중에서 증발시켰다. 잔사를 물로 희석하고 AcOEt로 추출했다. 합친 유기층을 MgSO4 위에서 건조하고 여과한 후 진공 중에서 용매를 증발시켰다. 플래시 크로마토그래피(실리카겔, AcOEt/hex 66/33)에 의해 정제하여 130 mg(75% 수율)의 표제 화합물을 황색 고체로서 얻었다. 4-amino-2- (4'-ethynylpyridyl) -5- (4'-thioacetylphenylethynyl) -1-nitrobenzene (31). Compound 30 (0.110 g, 0.418 mmol), 4-thioacetyliodobenzene (0.124 g, 0.446 mmol), bis (triphenylphosphine) palladium (II) dichloride (0.015 g, 0.021 mmol) in THF (13 mL) ), Et 3 N (0.4 mL, 2.9 mmol) was added to a solution of copper iodide (I) (0.004 g, 0.021 mmol) and triphenylphosphine (0.014 g, 0.053 mmol). The mixture was stirred at 50 ° C. for 2 days. The reaction was checked by TLC (AcOEt / hex 75/25). Additional bis (triphenylphosphine) palladium dichloride (0.014 g, 0.020 mmol), copper iodide (I) (0.035 g, 0.0 18 mmol) and triphenylphosphine (0.085 g, 0.324 mmol) were added and the reaction was carried out. It stirred at 60 degreeC for 1 day. The solvent was evaporated in vacuo. The residue was diluted with water and extracted with AcOEt. The combined organic layers were dried over MgSO 4 , filtered and the solvent was evaporated in vacuo. Purification by flash chromatography (silica gel, AcOEt /
Mp: 185-188℃. IR(KBr) 3438.2, 3195.9, 2922.4, 1695.4, 1627.7, 1596.5, 1545.1, 1514.8, 1477.2, 1402.8, 1316.4, 1249.9 cm-1. 1H NMR(400MHz, DMSO-d) δ 8.68(br d, J=4.0Hz, 2H), 8.23(s, 1H), 7.79(d, J=8.1Hz, 2H), 7.54(d, J=5.0Hz, 2H), 7.49(d, J= 8.0Hz, 2H), 7.13(br s, 2H), 7.06(s, 1H), 2.46(s, 3H). 13C NMR(100MHz, DMSO-d) δ 192.98, 153.79, 150.13, 136.28, 134.31, 132.32, 130.69, 129.67, 128.66, 125.34, 123.05, 118.70, 118.26, 105.43, 95.72, 92.51, 90.12, 85.54, 30.32. C23H15N303S에 대한 HRMS 계산값: 413.0834, 측정값: 413.0940. Mp: 185-188 ° C. IR (KBr) 3438.2, 3195.9, 2922.4, 1695.4, 1627.7, 1596.5, 1545.1, 1514.8, 1477.2, 1402.8, 1316.4, 1249.9 cm -1 . 1 H NMR (400 MHz, DMSO-d) δ 8.68 (br d, J = 4.0 Hz, 2H), 8.23 (s, 1H), 7.79 (d, J = 8.1 Hz, 2H), 7.54 (d, J = 5.0 Hz, 2H), 7.49 (d, J = 8.0 Hz, 2H), 7.13 (br s, 2H), 7.06 (s, 1H), 2.46 (s, 3H). 13 C NMR (100 MHz, DMSO-d) δ 192.98, 153.79, 150.13, 136.28, 134.31, 132.32, 130.69, 129.67, 128.66, 125.34, 123.05, 118.70, 118.26, 105.43, 95.72, 92.51, 90.12, 85.54, 30.32. HRMS calcd for C 23 H 15 N 3 0 3 S: 413.0834, found: 413.0940.
2-(4'-에티닐피리딜)-4-니트로-5-페닐아닐린(32). THF(2 mL) 중의 화합물 7(80.5 mg, 0.241 mmol), K2C03(0.151 g, 1.09 mmol), 비스(트리페닐포스핀)팔라듐(II) 디클로라이드(0.009 g, 0.014 mmol), 요오드화 구리(I)(0.003 g, 0.014 mmol) 및 트리페닐포스핀(0.0 14 g, 0.053 mmol)의 용액에 THF(2 mL) 및 MeOH(1 mL) 중의 화합물 1(0.053 g, 0.3 mmol)을 캐뉼러를 통해 첨가했다. 상기 혼합물을 70℃에서 3일간 가열했다. 회전식 증발기로 용매를 제거하고, 갈색 잔사를 물로 희석한 후 Et2O로 추출했다. 합친 유기층을 Na2SO4
위에서 건조하고 여과한 후 진공 중에서 용매를 증발시켰다. 플래시 크로마토그래피(실리카겔, AcOEt/hex 30/70)에 의해 정제하여 60 mg(79% 수율)의 표제 화합물을 황색 고체로서 얻었다. 2- (4'-ethynylpyridyl) -4-nitro-5-phenylaniline (32) . Compound 7 (80.5 mg, 0.241 mmol), K 2 CO 3 (0.151 g, 1.09 mmol) in THF (2 mL), bis (triphenylphosphine) palladium (II) dichloride (0.009 g, 0.014 mmol), iodide To a solution of copper (I) (0.003 g, 0.014 mmol) and triphenylphosphine (0.0 14 g, 0.053 mmol), dilute compound 1 (0.053 g, 0.3 mmol) in THF (2 mL) and MeOH (1 mL). Added via cannula. The mixture was heated at 70 ° C. for 3 days. The solvent was removed on a rotary evaporator and the brown residue was diluted with water and extracted with Et 2 O. The combined organic layers were dried over Na 2 SO 4 , filtered and the solvent was evaporated in vacuo. Purification by flash chromatography (silica gel, AcOEt /
Mp: 187-190℃. IR(KBr) 3410.2, 3323.4, 3212.1, 2215.1, 1627.6, 1592.4, 1548.4, 1511.7, 1410.5, 1331.9 cm-1. 1H NMR(400MHz, CDC13) δ 8.64(br d, J=4.8, 2H), 8.16(s, 1H), 7.39(m, 5H), 7.27(m, 2H), 6.62(s, 1H), 5.03(br s, 2H). 13C NMR(100MHz, CDCl3) δ 151.23, 149.82, 140.65, 138.82, 138.19, 130.49, 128.36, 128.06, 127.52, 125.34, 116.41, 104.85, 93.24, 87.89. C,9H,3N3 02에 대한 HRMS 계산값: 315.1008, 측정값: 315.1011.Mp: 187-190 ° C. IR (KBr) 3410.2, 3323.4, 3212.1, 2215.1, 1627.6, 1592.4, 1548.4, 1511.7, 1410.5, 1331.9 cm -1 . 1 H NMR (400 MHz, CDC1 3 ) δ 8.64 (br d, J = 4.8, 2H), 8.16 (s, 1H), 7.39 (m, 5H), 7.27 (m, 2H), 6.62 (s, 1H), 5.03 (br s, 2 H). 13 C NMR (100 MHz, CDCl 3 ) δ 151.23, 149.82, 140.65, 138.82, 138.19, 130.49, 128.36, 128.06, 127.52, 125.34, 116.41, 104.85, 93.24, 87.89. C, 9 H, 3 N 3 HRMS calculated values for 0 2: 315.1008, measured value: 315.1011.
1-브로모-4-(4'-에티닐)피리딘-3-니트로벤젠(34). 1-bromo-4- (4'-ethynyl) pyridine-3-nitrobenzene (34) .
THF(4 mL) 중의 화합물 33 1 (0.84 g, 2.34 mmol), 비스(트리페닐포스핀)팔라듐 디클로라이드(0.083 g, 0.117 mmol), 요오드화 구리(I)(0.022 g, 0.117 mmol), 및 K2C03(1.94 g, 14.04 mmol)의 용액에 THF(12 mL) 및 MeOH(4 mL) 중의 화합물 21(0.451 g, 2.57 mmol)을 캐뉼러를 통해 첨가했다. 상기 혼합물을 55℃에서 14시간 동안 가열했다. 회전식 증발기로 용매를 제거하고, 잔사를 물로 희석한 후 AcOEt로 추출했다. 합친 유기상을 MgSO4 위에서 건조하고 여과한 후 진공 중에서 용매를 증발시켰다. 플래시 크로마토그래피(실리카겔, AcOEt)에 의해 정제하여 271 mg(34% 수율)의 표제 화합물을 황색 고체로서 얻었다.Compound 33 1 (0.84 g, 2.34 mmol), bis (triphenylphosphine) palladium dichloride (0.083 g, 0.117 mmol) in THF (4 mL), copper iodide (I) (0.022 g, 0.117 mmol), and K To a solution of 2 CO 3 (1.94 g, 14.04 mmol) was added via cannula compound 21 (0.451 g, 2.57 mmol) in THF (12 mL) and MeOH (4 mL). The mixture was heated at 55 ° C. for 14 h. The solvent was removed on a rotary evaporator and the residue was diluted with water and extracted with AcOEt. The combined organic phases were dried over MgSO 4 , filtered and the solvent was evaporated in vacuo. Purification by flash chromatography (silica gel, AcOEt) gave 271 mg (34% yield) of the title compound as a yellow solid.
Mp: 224-229℃. IR(KBr) 3451.7, 3351.1, 3202.6, 2206.4, 1622.9, 1588.4, 1539.0, 1474.4, 1306.7, 1249.8 cm-1. 1H NMR(400MHz, DMSO-d) δ 8.64(d, J=5.7Hz, 2H), 8.25(s, 1 11), 7.67(dd, J=4.5, 1.5Hz, 2H), 7.59(m, 2H), 7.47(m, 3H), 7.15(br s, 1H), 7.03(s, 1H). 13C NMR(100MHz, DMSO-d) δ 153.97, 149.83, 136.31, 131.67, 131.17, 130.01, 129.69, 128.99, 125.45, 121.78, 120.40, 118.06, 103.92, 96.13, 93.41, 88.37, 86.25. C21H13N302 에 대한 HRMS 계산값: 339.1008, 측정값: 339.1004.Mp: 224-229 ° C. IR (KBr) 3451.7, 3351.1, 3202.6, 2206.4, 1622.9, 1588.4, 1539.0, 1474.4, 1306.7, 1249.8 cm -1 . 1 H NMR (400 MHz, DMSO-d) δ 8.64 (d, J = 5.7 Hz, 2H), 8.25 (s, 1 11), 7.67 (dd, J = 4.5, 1.5 Hz, 2H), 7.59 (m, 2H ), 7.47 (m, 3 H), 7.15 (br s, 1 H), 7.03 (s, 1 H). 13 C NMR (100 MHz, DMSO-d) δ 153.97, 149.83, 136.31, 131.67, 131.17, 130.01, 129.69, 128.99, 125.45, 121.78, 120.40, 118.06, 103.92, 96.13, 93.41, 88.37, 86.25. HRMS calcd for C 21 H 13 N 3 0 2 : 339.1008, found 339.1004.
1-브로모-3-니트로-4-(4-아미노페닐에티닐)벤젠(36). 1,4-디브로모-2-니트로벤젠(5.62 g, 20.0 mmol), 비스(트리페닐포스핀)팔라듐 디클로라이드(0.140 g, 0.20 mmol), 요오드화 구리(I)(0.038 g, 0.20 mmol), 트리에틸아민(10.0 mL), THF(10 mL) 및 화합물 35(1.170 g, 10.0 mmol)를 커플링을 위한 일반적 절차에 따라 사용하였다. 반응 혼합물을 실온에서 4시간 동안 교반하였다. 진공 중에서 용매를 제거한 후, 잔사를 실리카 칼럼 상에서 크로마토그래피 처리하여 원하는 제품과 그의 위치이성체(regioisomer)의 혼합물을 적색 고체로서 얻었다. 디클로로메탄/헥산으로부터 재결정을 2회 실시함으로써 혼합물로부터 원하는 제품을 미세한 밝은 침상으로 분리했다(1.561 g, 49% 수율). 1-bromo-3-nitro-4- (4-aminophenylethynyl) benzene (36). 1,4-dibromo-2-nitrobenzene (5.62 g, 20.0 mmol), bis (triphenylphosphine) palladium dichloride (0.140 g, 0.20 mmol), copper iodide (I) (0.038 g, 0.20 mmol) , Triethylamine (10.0 mL), THF (10 mL) and Compound 35 (1.170 g, 10.0 mmol) were used following the general procedure for coupling. The reaction mixture was stirred at rt for 4 h. After removing the solvent in vacuo, the residue was chromatographed on a silica column to give a mixture of the desired product and its regioisomer as a red solid. By recrystallization twice from dichloromethane / hexane, the desired product was separated from the mixture into fine bright needles (1.561 g, 49% yield).
Mp 147-149℃. IR(KBr) 3457, 3367, 2194, 1623, 1593, 1513, 1550, 1334, 1273, 1136, 834, 817, 528 cm-1. 1H NMR(400MHz, CDC13) 8.21(d, J=2.0 Hz), 7.67(dd, J=8.4, 2.0 Hz), 7.51(d, J=8.4 Hz), 7.96(m, AA'XX' 패턴의 AA' 부분,Mp 147-149 ° C. IR (KBr) 3457, 3367, 2194, 1623, 1593, 1513, 1550, 1334, 1273, 1136, 834, 817, 528 cm -1 . 1 H NMR (400 MHz, CDC1 3 ) 8.21 (d, J = 2.0 Hz), 7.67 (dd, J = 8.4, 2.0 Hz), 7.51 (d, J = 8.4 Hz), 7.96 (m, AA'XX 'pattern AA 'part of,
J=8.2, 2.7, 1.9, 0.4Hz, 2H), 7.93(m, AAXX' 패턴의 XX' 부분, J=8.2, 2.7, 1.9, 0.4Hz, 2H), 3.39(s, 2H). 13C NMR(100MHz, CDCl3) 149.27, 147.85, 135.82, 135.12, 133.71, 127.73, 120.62, 118.59, 114.63, 111.09, 100.24, 82.86. C14H9N2BrO2에 대한 HRMS 계산값: 315.9848, 측정값: 315.9845. J = 8.2, 2.7, 1.9, 0.4 Hz, 2H), 7.93 (m, XX 'portion of the AAXX' pattern, J = 8.2, 2.7, 1.9, 0.4 Hz, 2H), 3.39 (s, 2H). 13 C NMR (100 MHz, CDCl 3 ) 149.27, 147.85, 135.82, 135.12, 133.71, 127.73, 120.62, 118.59, 114.63, 111.09, 100.24, 82.86. HRMS calcd for C 14 H 9 N 2 BrO 2 : 315.9848, found: 315.9845.
4-(2-니트로-4-페닐에티닐페닐에티닐)아닐린(37). 화합물 36(0.697 g, 2.20 mmol), 비스(트리페닐포스핀)팔라듐 디클로라이드(0.062 g, 0.088 mmol), 요오드화 구리(I)(0.0084 g, 0.044 mmol), 트리에틸아민(10.0 mL) 및 에티닐벤젠(0.306 g, 3.00 mmol)을 커플링을 위한 일반적 절차에 따라 사용하였다. 반응 혼합물을 80℃에서 2시간 동안 교반하였다. 진공 중에서 용매를 제거한 후, 잔사를 실리카와 디클로로메탄 칼럼 상에서 크로마토그래피 처리하여 적색 침상의 원하는 제품을 얻었다(0.72 g, 97% 수율). 4- (2-nitro-4-phenylethynylphenylethynyl) aniline (37). Compound 36 (0.697 g, 2.20 mmol), bis (triphenylphosphine) palladium dichloride (0.062 g, 0.088 mmol), copper iodide (I) (0.0084 g, 0.044 mmol), triethylamine (10.0 mL) and Tynylbenzene (0.306 g, 3.00 mmol) was used according to the general procedure for coupling. The reaction mixture was stirred at 80 ° C. for 2 hours. After removing the solvent in vacuo, the residue was chromatographed on a silica and dichloromethane column to give the desired product as a red needle (0.72 g, 97% yield).
Mp 166-168℃. IR(KBr) 3454, 3381, 3360, 2177, 2197, 1594, 1623, 1539, 1520, 1299, 1342, 1133, 829, 758, 690, 527 cm-1. 1H NMR(400MHz, CDC13 ) 8.20(dd, J=1.6, 0.3 Hz), 7.66(dd, J=8.2, 1.6, Hz), 7.61(d, J=8.1 Hz), 7.52-7.57(m, 2H), 7.36-7.43(m, 5H), 3.94(s, 2H). 13C NMR(100MHz, CDC13) 148.93, 147.81, 135.12, 134.04, 133.76, 131.74, 129.04, 128.49, 127.59, 122.97, 122.18, 118.95, 114.64, 111.29, 100.75, 93.03, 87.05, 83.71. C22H14N20 2에 대한 HRMS 계산값: 338.1055, 측정값: 338.1058.Mp 166-168 ° C. IR (KBr) 3454, 3381, 3360, 2177, 2197, 1594, 1623, 1539, 1520, 1299, 1342, 1133, 829, 758, 690, 527 cm -1 . 1 H NMR (400 MHz, CDC1 3 ) 8.20 (dd, J = 1.6, 0.3 Hz), 7.66 (dd, J = 8.2, 1.6, Hz), 7.61 (d, J = 8.1 Hz), 7.52-7.57 (m, 2H), 7.36-7.43 (m, 5H), 3.94 (s, 2H). 13 C NMR (100 MHz, CDC1 3 ) 148.93, 147.81, 135.12, 134.04, 133.76, 131.74, 129.04, 128.49, 127.59, 122.97, 122.18, 118.95, 114.64, 111.29, 100.75, 93.03, 87.05, 83.71. HRMS calcd for C 22 H 14 N 2 0 2 : 338.1055, found: 338.1058.
4-(2-니트로-4-페닐에티닐페닐에티닐)벤젠디아조늄 테트라플루오로보레이트 (38). 일반적 디아조화 절차에 따라 화합물 37(0.0845 g, 0.250 mmol)을 아세토니트릴(2 mL)/설폴란(2 mL) 중의 NOBF4(0.0322 g, 0.275 mmol)로 처리했다. 산물을 에테르(12 mL)를 사용하여 어두운 오렌지색 스케일로 침전시켰다. 상기 염을 에테르로 세척하고 DMSO(0.5 mL) 및 CH2C12(20 mL)로부터 광택있는 어두운 오렌지색 판상으로 재침전시켰다(0.0885 g, 81% 수율). 4- (2-nitro-4-phenylethynylphenylethynyl) benzenediazonium tetrafluoroborate (38). Compound 37 (0.0845 g, 0.250 mmol) was treated with NOBF 4 (0.0322 g, 0.275 mmol) in acetonitrile (2 mL) / sulfolan (2 mL) according to the general diazotization procedure. The product was precipitated on dark orange scale using ether (12 mL). The salt was washed with ether and reprecipitated from DMSO (0.5 mL) and CH 2 C1 2 (20 mL) into a glossy dark orange plate (0.0885 g, 81% yield).
IR(KBr) 3103, 2279, 2209, 1576, 1345, 1540, 1084, 841, 764 cm-1. 1H NMR(400MHz, CDC13/DMSO-d6, 약 1.9 Hz의 선폭이 관찰됨) 8.78(d, J=8.9Hz, 2H), 8.30(s, 1H), 8.03(d, J=8.9Hz, 2H), 7.85-7.92(m, 2H), 7.57-7.60(m, 2H), 7.42- 7.44(m, 3H). 13C NMR(100MHz, CDC13/DMSO-d6) 149.00, 135.46, 134.85, 134.15, 133.31, 132.84, 1.34, 129.13, 128.21, 127.15, 125.66, 121.06, 114.81, 114.25, 94.57, 94.42, 94.11, 86.29.IR (KBr) 3103, 2279, 2209, 1576, 1345, 1540, 1084, 841, 764 cm -1 . 1 H NMR (400 MHz, CDC1 3 / DMSO-d 6 , linewidth of approximately 1.9 Hz observed) 8.78 (d, J = 8.9 Hz, 2H), 8.30 (s, 1H), 8.03 (d, J = 8.9 Hz , 2H), 7.85-7.92 (m, 2H), 7.57-7.60 (m, 2H), 7.42-7.44 (m, 3H). 13 C NMR (100 MHz, CDC1 3 / DMSO-d 6 ) 149.00, 135.46, 134.85, 134.15, 133.31, 132.84, 1.34, 129.13, 128.21, 127.15, 125.66, 121.06, 114.81, 114.25, 94.57, 94.42, 94.11, 86.29.
4-(3-니트로-4-페닐에티닐페닐에티닐)아닐린(39). 화합물 25(1.208 g, 4.0 mmol), 비스(트리페닐포스핀)팔라듐 디클로라이드(0.070 g, 0.10 mmol), 요오드화 구리(I)(0.019 g, 0.10 mniol), 트리에틸아민(6.0 ml), THF(6.0 mL) 및 화합물 35(0.479 g, 4.10 mmol)을 커플링을 위한 일반적 절차에 따라 사용하였다. 반응 혼합물을 실온에서 15시간 동안 교반하였다. 진공 중에서 용매를 제거한 후, 잔사를 실리카겔과 디클로로메탄/헥산(1:1)의 짧은 칼럼 상에서 크로마토그래피 처리하여 원하는 제품을 오렌지색 고체로서 얻었다(0.560 g, 44% 수율): 4- (3-nitro-4-phenylethynylphenylethynyl) aniline (39). Compound 25 (1.208 g, 4.0 mmol), bis (triphenylphosphine) palladium dichloride (0.070 g, 0.10 mmol), copper iodide (I) (0.019 g, 0.10 mniol), triethylamine (6.0 ml), THF (6.0 mL) and Compound 35 (0.479 g, 4.10 mmol) were used following the general procedure for coupling. The reaction mixture was stirred at rt for 15 h. After removing solvent in vacuo, the residue was chromatographed on a short column of silica gel and dichloromethane / hexanes (1: 1) to afford the desired product as an orange solid (0.560 g, 44% yield):
mp 175-177℃. IR(KBr) 3303, 2985, 1696, 1587, 1522, 1406, 1314, 1243, 1153, 1060, 839, 757, 692 cm-1. 1H NMR(400MHz, CDC13) 8.16(t, J=1.0Hz, 1H), 7.64(d, J=1.0Hz, 2H), 7.58-7.61(m, 2H), 7.34-7.40(m, 3H), 7.35(m, AA'XX' 패턴의 AA' 부분, J=8.0, 2.5, 2.0, 0.4Hz, 2H), 6.65(m, AA'XX' 패턴의 XX' 부분, J=8.0, 2.5, 2.0, 0.4Hz, 2H), 3.91(s, 2H). 13C NMR(100MHz, CDC13) 149.4, 147.5, 134.9, 134.3, 133.3, 132.0, 129.3, 128.5, 127.1, 124.9, 122.3, 117.1, 114.7, 11.1, 98.4, 94.9, 85.3, 85.0. C22H,4N202에 대한 HRMS 계산값: 338.1055, 측정값: 338.1059.mp 175-177 ° C. IR (KBr) 3303, 2985, 1696, 1587, 1522, 1406, 1314, 1243, 1153, 1060, 839, 757, 692 cm −1 . 1 H NMR (400 MHz, CDC1 3 ) 8.16 (t, J = 1.0 Hz, 1H), 7.64 (d, J = 1.0 Hz, 2H), 7.58-7.61 (m, 2H), 7.34-7.40 (m, 3H) , 7.35 (m, AA 'portion of the AA'XX' pattern, J = 8.0, 2.5, 2.0, 0.4 Hz, 2H), 6.65 (m 'XX' portion of the m, AA'XX 'pattern, J = 8.0, 2.5, 2.0 , 0.4 Hz, 2H), 3.91 (s, 2H). 13 C NMR (100 MHz, CDC1 3 ) 149.4, 147.5, 134.9, 134.3, 133.3, 132.0, 129.3, 128.5, 127.1, 124.9, 122.3, 117.1, 114.7, 11.1, 98.4, 94.9, 85.3, 85.0. HRMS calcd for C 22 H, 4 N 2 0 2 : 338.1055, found: 338.1059.
4-(3-니트로-4-페닐에티닐페닐에티닐)벤젠디아조늄 테트라플루오로보레이트 (40). 일반적 디아조화 절차에 따라 화합물 39(0.0676 g, 0.200 mmol)을 아세토니트릴(2 mL)/설폴란(2 ml) 중의 NOBF4(0.025 g, 0.210 mmol)로 처리하였다. 산물을 에테르(20 mL)를 사용하여 미세한 오렌지-적색 결정으로 침전시켰다. 상기 염을 에테르로 세척하고 DMSO(0.6 mL) 및 CH2C12(10 mL)로부터 매우 광택있는 적색 판상으로 재침전시켰다(0.0676 g, 77% 수율). 4- (3-nitro-4-phenylethynylphenylethynyl) benzenediazonium tetrafluoroborate (40). Compound 39 (0.0676 g, 0.200 mmol) was treated with NOBF 4 (0.025 g, 0.210 mmol) in acetonitrile (2 mL) / sulfolan (2 ml) according to the general diazotization procedure. The product was precipitated into fine orange-red crystals using ether (20 mL). The salt was washed with ether and reprecipitated from DMSO (0.6 mL) and CH 2 C1 2 (10 mL) into a very shiny red plate (0.0676 g, 77% yield).
IR(KBr) 3101, 2279, 2209, 1576, 1540, 1346, 1083, 1034, 840, 764 cm-1. 1H NMR(400MHz, CDC13/DMSO-d6) 7.94(m, AA'XX' 패턴의 AA' 부분, J=8.7, 2.4, 1.7, 0.4Hz, 2H), 7.82(dd, J=1.7, 0.4Hz, 1H), 7.49(m, AA'XX' 패턴의 XX' 부분, J=8.7, 2.4, 1.7, 0.4Hz, 2H), 7.62(dd, J=8.1, 1.7Hz, 1H), 7.56(dd, J=8.1, 0.4Hz, 1H), 7.07(m, AA'XX'Y 패턴의 AA' 부분, J=7.8, 7.6, 1.8, 1.3, 1.3, 0.6Hz, 2H), 6.94(tt, J= 7.6, 1.3Hz, 1H), 6.91(m, AA'XX'Y 패턴의 YY' 부분, J=7.8, 7.6, 1.8, 1.3, 1.3, 0.6Hz, 2H). 13C NMR(100MHz, CDC13/DMSO-d6 ) 137.24, 136.97, 136.23, 135.40, 133.72, 133.00, 131.08, 129.96, 129.48, 122.81, 122.75, 120.68, 114.12, 100.47, 98.81, 91.04, 85.57. IR (KBr) 3101, 2279, 2209, 1576, 1540, 1346, 1083, 1034, 840, 764 cm -1 . 1 H NMR (400 MHz, CDC1 3 / DMSO-d 6 ) 7.94 (m, AA 'portion of AA'XX' pattern, J = 8.7, 2.4, 1.7, 0.4 Hz, 2H), 7.82 (dd, J = 1.7, 0.4 Hz, 1H), 7.49 (m, XX 'portion of AA'XX' pattern, J = 8.7, 2.4, 1.7, 0.4 Hz, 2H), 7.62 (dd, J = 8.1, 1.7 Hz, 1H), 7.56 ( dd, J = 8.1, 0.4 Hz, 1H), 7.07 (m, AA 'portion of AA'XX'Y pattern, J = 7.8, 7.6, 1.8, 1.3, 1.3, 0.6 Hz, 2H), 6.94 (tt, J = 7.6, 1.3 Hz, 1H), 6.91 (m, YY 'portion of the AA'XX'Y pattern, J = 7.8, 7.6, 1.8, 1.3, 1.3, 0.6 Hz, 2H). 13 C NMR (100 MHz, CDC1 3 / DMSO-d 6 ) 137.24, 136.97, 136.23, 135.40, 133.72, 133.00, 131.08, 129.96, 129.48, 122.81, 122.75, 120.68, 114.12, 100.47, 98.81, 91.04, 85.57.
4-(2,5-디니트로-4-(4-아미노페닐에티닐)페닐에티닐)아닐린(42). 1,4-디브로모-2,5-디니트로벤젠12(0.977 g, 3.0 mmol), 비스(트리페닐포스핀)팔라듐 디클로라이드(0.042 g, 0.06 mmol), 요오드화 구리(I)(0.011 g, 0.06 mmol), 트리에틸아민(5.0 mL), THF(5.0 mL) 및 4-에티닐아닐린(0.468 g, 4.00 mmol)을 커플링을 위한 일반적 절차에 따라 사용하였다. 반응 혼합물을 실온에서 12시간 동안 교반하였다. 진공 중에서 용매를 제거한 후, 잔사를 디클로로메탄(10 mL)과 함께 초음파 처리하고 여과했다. 여과된 케익을 디클로로메탄(10 ml)으로 5회 세척하고 진공 중에서 건조하여 디아민 42의 어두운 자주색 결정을 얻었다(0.432 g, 36% 수율). 4- (2,5-dinitro-4- (4-aminophenylethynyl) phenylethynyl) aniline (42). 1,4-dibromo-2,5-dinitrobenzene 12 (0.977 g, 3.0 mmol), bis (triphenylphosphine) palladium dichloride (0.042 g, 0.06 mmol), copper iodide (I) (0.011 g , 0.06 mmol), triethylamine (5.0 mL), THF (5.0 mL) and 4-ethynylaniline (0.468 g, 4.00 mmol) were used according to the general procedure for coupling. The reaction mixture was stirred at rt for 12 h. After removing solvent in vacuo, the residue was sonicated with dichloromethane (10 mL) and filtered. The filtered cake was washed 5 times with dichloromethane (10 ml) and dried in vacuo to give dark purple crystals of diamine 42 (0.432 g, 36% yield).
Mp>270℃. IR(KBr) 3494, 3387, 2184, 1600, 1400, 1523, 1537, 1308, 1337, 1251, 1136 cm-1. 1H NMR(400MHz, DMSO-d6) 8.37(s, 2H), 7.27-7.29(m, 2H), 6.59-6.61(m, 2H), 5.93(br s, 4H). 13C NMR(100MHz, DMSO-d6) 151.18, 149.89, 133.67, 129.43, 116.95, 113.66, 106.10, 103.45, 82.23. C22H14N40 4에 대한 HRMS 계산값: 398.1015, 측정값: 398.1018.Mp> 270 ° C. IR (KBr) 3494, 3387, 2184, 1600, 1400, 1523, 1537, 1308, 1337, 1251, 1136 cm −1 . 1 H NMR (400 MHz, DMSO-d 6 ) 8.37 (s, 2H), 7.27-7.29 (m, 2H), 6.59-6.61 (m, 2H), 5.93 (br s, 4H). 13 C NMR (100 MHz, DMSO-d 6 ) 151.18, 149.89, 133.67, 129.43, 116.95, 113.66, 106.10, 103.45, 82.23. HRMS calcd for C 22 H 14 N 4 0 4 : 398.1015, found: 398.1018.
4-(2,5-디니트로-4-(4-디아조니오페닐에티닐)페닐에티닐)벤젠디아조늄 테트라플루오로보레이트(43). 일반적 디아조화 절차에 따라 화합물 42(0.199 g, 0.500 mmol)를 아세토니트릴(5.0 mL)/설폴란(5.0 mL) 중의 NOBF4(0.128 g, 1.10 mmol)로 처리하였다. 산물을 에테르(20 mL)로 침전시켰다. 상기 염을 에테르로 세척하고 DMSO 및 CH2C12로부터 재침전시켜 감광성(light-sensitive) 황색 결정을 얻었다(0.215 g, 72% 수율). 4- (2,5-dinitro-4- (4-diazoniophenylethynyl) phenylethynyl) benzenediazonium tetrafluoroborate (43). Compound 42 (0.199 g, 0.500 mmol) was treated with NOBF 4 (0.128 g, 1.10 mmol) in acetonitrile (5.0 mL) / sulfolan (5.0 mL) according to the general diazotization procedure. The product was precipitated with ether (20 mL). The salt was washed with ether and reprecipitated from DMSO and CH 2 C1 2 to give light-sensitive yellow crystals (0.215 g, 72% yield).
IR(KBr) 3107, 2291, 1579, 1546, 1342, 1078, 830 cm-1. 1H NMR(400MHz, CDC13/DMSO-d6) 8.85(s, 2H), 8.79(d, J=9Hz, 2H), 8.20(d, J=9Hz, 2H). 13 C NMR(100MHz, CDC13/DMSO-d6) 150.60, 133.93, 133.83, 133.14, 132.40, 131.75, 117.62, 116.32, 96.91, 91.51.IR (KBr) 3107, 2291, 1579, 1546, 1342, 1078, 830 cm −1 . 1 H NMR (400 MHz, CDC1 3 / DMSO-d 6 ) 8.85 (s, 2H), 8.79 (d, J = 9 Hz, 2H), 8.20 (d, J = 9 Hz, 2H). 13 C NMR (100 MHz, CDC1 3 / DMSO-d 6 ) 150.60, 133.93, 133.83, 133.14, 132.40, 131.75, 117.62, 116.32, 96.91, 91.51.
퀴논 및 니트로 코어(core)를 기본으로 하는 가역적으로 환원 가능한 작용성을 갖는 많은 올리고(페닐렌에티닐렌) 화합물을 합성하였다. 이들 분자에 대해 표준 보호 티올기로부터 신규의 디아조늄 및 피리딜 결합에 이르는 금속 표면에 부착하는 방법이 제공된다.Many oligo (phenyleneethynylene) compounds with reversible reducible functionality based on quinone and nitro cores have been synthesized. For these molecules, a method is provided for attaching to metal surfaces ranging from standard protective thiol groups to novel diazonium and pyridyl bonds.
실시예 2. 피리딘 유닛을 함유하는 분자형 전자 소자.Example 2 Molecular Electronic Device Containing Pyridine Unit
도 6은 합성된 두 그룹의 잠재적 분자형 소자를 나타낸다. 제1군은 내부 페닐 고리 상에 니트로 작용성을 가지는 것으로, 상기 분자가 메모리 소자로 동작할 수 있도록 전자를 유지하는 것으로 설계되었다. 제2군은 니트로기와 아미노기를 갖는 것으로, 상대적으로 낮은 온도인 경우에도 동일하게 동작하는 것으로 나타났다. 6 shows two groups of potential molecular devices synthesized. The first group has nitro functionality on the inner phenyl ring, designed to retain electrons so that the molecule can act as a memory device. The second group has a nitro group and an amino group, and it appears to operate in the same way even at a relatively low temperature.
잠재적 분자형 소자(2, 4)는 금 접속부에 대한 가교제 역할을 할 수 있도록 2개의 피리딜 말단기를 가지는 것으로 설계되었다.Potential molecular devices 2 and 4 are designed to have two pyridyl end groups to act as crosslinkers for the gold junction.
스킴 2. (a) K2C03, MeOH, Pd(PPh3)2C12 , PPh3, CuI, THF, 64℃, 20시간, 24%. Scheme 2. (a) K 2 CO 3 , MeOH, Pd (PPh 3 ) 2 Cl 2 , PPh 3 , CuI, THF, 64 ° C., 20 h, 24%.
스킴 2는 2,5-디브로모니트로벤젠으로부터 화합물 2를 합성하는 개요를 제시한다. 화합물 1은 4-요오도피리딘7과 트리메틸실릴아세틸렌의 Sonogashira6 커플링을 통해 용이하게 제조된다(99%). 수시간 후 유리 알킨(free alkyne)이 분해되는 동안 TMS 보호기를 원 위치에서 제거하고 커플링을 이루기 위한 염기로서 탄산칼륨이 이용된다. 실온에서 반응을 실행하고자 시도한 결과 주산물로서 비스(에티닐피리딘)을 얻었고 아릴 디브로마이드의 한 측면에 커플링이 이루어졌다.Scheme 2 gives an overview of the synthesis of compound 2 from 2,5-dibromonitrobenzene.
스킴 2. (a) Et3N, Pd(dba)2, PPh3, CuI, THF, 60℃, 48시간, 47%. (b) K2CO3, Pd(PPh3)2Cl2, PPh3, CuI, THF, 60℃, 50시간, 16%. Scheme 2. (a) Et 3 N, Pd (dba) 2 , PPh 3 , CuI, THF, 60 ° C., 48 h, 47%. (b) K 2 CO 3 , Pd (PPh 3 ) 2 Cl 2 , PPh 3 , CuI, THF, 60 ° C., 50 h, 16%.
화합물 4는 화합물 2와 유사하지만 니트로 코어 대신에 니트로아닐린 코어를 가진다. 잠재적 분자형 소자(2)와 달리, 화합물 4의 합성(스킴 2)은2,5-디브로모-4-니트로아세트아닐리드9와 트리메닐실릴아세틸렌의 커플링으로 시작하여 화합물 3 을 얻은 다음, 이것을 4-요오도피리딘과 커플링하여 낮은 수율을 얻었다. 커플링 반응의 낮은 수율은 니트로 유닛과 알킨 유닛 사이의 고리화 반응에 기인할 수 있다.Compound 4 is similar to compound 2 but has a nitroaniline core instead of a nitro core. Unlike the latent molecular device (2), the synthesis of compound 4 (scheme 2) begins with the coupling of 2,5-dibromo-4-nitroacetanilide 9 with trimenylsilylacetylene to give compound 3 This was coupled with 4-iodopyridine to obtain a low yield. The low yield of the coupling reaction can be due to the cyclization reaction between the nitro unit and the alkyne unit.
스킴 3. (a) K2CO3, MeOH, Pd(PPh3)2Cl2 , PPh3, CuI, THF, 실온, 24시간, 39%. (b) Et3N, Pd(PPh3)2Cl2, PPh3, CuI, THF, 60℃. (c) K2CO3, MeOH, CH2Cl2, 실온, 2시간, 88%. Scheme 3. (a) K 2 CO 3 , MeOH, Pd (PPh 3 ) 2 Cl 2 , PPh 3 , CuI, THF, room temperature, 24 h, 39%. (b) Et 3 N, Pd (PPh 3 ) 2 Cl 2 , PPh 3 , CuI, THF, 60 ° C. (c) K 2 CO 3 , MeOH, CH 2 Cl 2 , room temperature, 2 hours, 88%.
화합물 8의 합성 과정이 스킴 3에 제시되어 있다. 화합물 8은 금 표면에 결합할 수 있는 보호된 벤젠티올 말단기를 가진다. 분자의 타단부는 피리딜기를 가지는데, 이것은 페닐기보다 양호한 최상층 링커 역할을 할 수 있다. 화합물 8의 합성 과정은 먼저 2,5-디브로모-4-니트로아세트아닐리드와 화합물 1을 커플링시켜 보통의 수율로 화합물 5를 얻었다. 이어서 화합물 5를 트리메틸실릴아세틸렌과 커플링시켜 49%의 수율로 화합물 6을 얻고 이것을 탄산칼륨으로 탈보호하여 화합물 7을 얻었다. 이 합성의 최종 단계는 4-티오아세틸요오도벤젠과 커플링하는 단계로 서 여기서 양호한 수율(75%)로 잠재적 소자(8)를 얻었다.The synthesis process of compound 8 is shown in scheme 3. Compound 8 has a protected benzenethiol end group capable of binding to the gold surface. The other end of the molecule has a pyridyl group, which may serve as a better top linker than the phenyl group. Synthesis of Compound 8 was carried out by first coupling 2,5-dibromo-4-nitroacetanilide with
스킴 4. (a) K2CO3, MeOH, Pd(PPh3)2Cl2 , PPh3, CuI, THF, 실온, 2일, 71%. (b) Et3N, Pd(PPh3)2Cl2, PPh3, CuI, THF, 56℃, 36시간, 69%. Scheme 4. (a) K 2 CO 3 , MeOH, Pd (PPh 3 ) 2 Cl 2 , PPh 3 , CuI, THF, room temperature, 2 days, 71%. (b) Et 3 N, Pd (PPh 3 ) 2 Cl 2 , PPh 3 , CuI, THF, 56 ° C., 36 h, 69%.
자가조립 과정중 "앨리게이터 클립"에 상대적인 니트로기의 위치가 갖는 중요성을 연고하기 위해 화합물 10 및 12를 합성했다. 피리딜기 방향으로 배향된 니트로기(스킴 4)를 가진 화합물 10의 합성은 먼저 화합물 1을 2,5-디브로모니트로벤젠과 커플링하고 원 위치에서 TMS기를 제거하여 양호한 수율로 화합물 9를 얻고, 화합물 9를 페닐아세틸렌과 커플링하여 화합물 10을 얻음으로써 이루어졌다.
스킴 5. (a) Et3N, Pd(dba)2, PPh3, CuI, THF, 실온, 48시간, 47%. (b) K2CO3, MeOH, Pd(PPh3)2Cl2, PPh3, CuI, THF, 64℃, 18시간, 79%. Scheme 5. (a) Et 3 N, Pd (dba) 2 , PPh 3 , CuI, THF, room temperature, 48 hours, 47%. (b) K 2 CO 3 , MeOH, Pd (PPh 3 ) 2 Cl 2 , PPh 3 , CuI, THF, 64 ° C., 18 h, 79%.
니트로기가 피리딜기의 반대 방향을 향하고 있는 화합물 12(스킴 5)의 합성은 반응 단계가 반대인 것을 제외하고는 화합물 10을 위해 이용된 접근 방법과 유 사하다. 이 경우는, 먼저 페닐아세틸렌을 2,5-디브로모니트로벤젠에 커플링하여 보통 수율로 화합물 11을 얻었다. 이어서 화합물 1을 화합물 11에 커플링하여 양호한 수율로 화합물 12를 얻었다.Synthesis of Compound 12 (Scheme 5) with nitro groups pointing in the opposite direction to the pyridyl group is similar to the approach used for
최소의 방해를 받으면서 전자를 전도하기 위해 이들 유기 올리고머는 모두 동일 평면에 페닐 고리를 가진다. 말단 페닐에티닐기가 페닐기로 대체되면 분자는 약간 뒤틀리게 된다. 이러한 회전성 장벽의 효과를 연구하기 위해 화합물 14를 합성했다. 화합물 13을 합성하기 위해 2,5-디브로모-4-니트로아세트아닐리드를 페닐보론산과 Suzuki 커플링하고(스킴 6), 이어서 화합물 13을 4-(트리메틸실릴에티닐)피리딘(1)에 커플링하여 화합물 14를 얻었다.These organic oligomers all have phenyl rings in the same plane to conduct electrons with minimal disturbance. If the terminal phenylethynyl group is replaced by a phenyl group, the molecule is slightly distorted.
화합물 2, 4, 8, 10, 12 및 14의 구조를 IR, 1H NMR, 13C NMR 및 MS에 의해 확인하였다.The structures of
스킴 6. (a) Pd(dba)2, PPh3, Cs2CO3, 톨루엔, 67℃, 3일, 51%. (b) K2CO3, MeOH, Pd(PPh3)2Cl2, PPh3, CuI, THF, 70℃, 3일, 79%. Scheme 6. (a) Pd (dba) 2 , PPh 3 , Cs 2 CO 3 , toluene, 67 ° C., 3 days, 51%. (b) K 2 CO 3 , MeOH, Pd (PPh 3 ) 2 Cl 2 , PPh 3 , CuI, THF, 70 ° C., 3 days, 79%.
결론적으로, 분자형 전자 소자를 위한 피리딘 유닛을 함유하는 공액 방향족 분자의 합성은 팔라듐을 촉매로 하는 커플링 반응을 이용하여 달성되었다. In conclusion, the synthesis of conjugated aromatic molecules containing pyridine units for molecular electronic devices has been achieved using coupling reactions based on palladium.
실시예 3. 네거티브 차분 저항 Example 3. Negative Differential Resistance
다시 도 3을 참조하면, 예시적인 분자형 다이오드(30), 특히 모노-니트로 치환된 올리고페닐렌(32) 분자, 특히 4,4'-디페닐렌에티넬렌-2'-니트로-1-벤젠티올 및 디니트로 치환된 올리고페닐렌(34), 특히 2',5'-디니트로-4,4'-디페닐렌에티닐렌-1-벤젠티올에서 네거티브 차분 저항을 관찰하였다.Referring again to FIG. 3, an exemplary
이제 도 4a 및 4b를 참조하면, 도 2에 제시된 분자의 I(V) 응답 곡선(여기서 I는 전류, V는 전압을 가리킴)이 제시되어 있다. 이들 곡선은 분자(32)와 분자(34)의 자가조립된 단층의 응답을 측정하여 얻어졌다. 각각의 단층에서 분자들은 티올 치환된 단부는 금 리드에 접촉하고 비치환된 반대측 단부는 제2 금 리드에 접촉한 상태로 배향되었다.Referring now to FIGS. 4A and 4B, the I (V) response curves of the molecules shown in FIG. 2 are shown where I is the current and V is the voltage. These curves were obtained by measuring the response of the self-assembled monolayers of
도 4a를 참조하면, 분자(32)에 대해 최초에 I(V) 응답은 "0" 상태(개방 원)에 있다. 1.75V 펄스가 적용되면, 분자는 네거티브 차분 저항(NDR)을 나타내는 새로운 상태, 즉 "1"(흑색 원)로 설정되고 이 때 전압의 증가에 따라 전류는 상승한 다음 하강한다.Referring to FIG. 4A, the I (V) response is initially in the “0” state (open circle) for
도 4b를 참조하면, 분자(34)에 대해 최초에 I(V) 응답은 NDR을 나타내는 "1" 상태(닫힌 원)에 있다. 1.5V 펄스가 적용되면, 분자는 분자는 새로운 상태, 즉 "0"(개방 원)으로 설정된다. 최초 상태는 음의 바이어스를 적용함으로써 복구된다. 이것은 도 3a에 나타낸 바와 같이 분자(32)에 대해 관찰된 최초/최종 스위칭의 반대이다. 그러나, 각각의 동작은 스위치 상태의 이원성(duality)의 예이다. 분자(34)의 이점은 그것이 실온에서 네거티브 차분 저항을 나타내는 분자라는 것이 다. 또한, 스위치된 상태의 지속을 24시간 동안 관찰하였다. 시스템의 패키징을 향상하여 보다 긴 지속 시간이 가능할 것으로 믿어진다. 보다 긴 시간 스위치된 상태의 안정성을 향상하기 위해서는 나노셀(12)이 완전 밀봉되는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 4B, initially for the
도 4b에 제시된 NDR 곡선은 이하에 기재되는 동적 나노셀 시뮬레이션 및 SPICE 시뮬레이션에 이용되었다.The NDR curves shown in FIG. 4B were used for the dynamic nanocell simulation and SPICE simulation described below.
실시예 4Example 4
본 발명자들은 나노입자에 의해 접속된 배열된 분자형 스위치를 구비한 나노-네트워크를 기본으로 하는 모의 나노셀이 예시적 공지의 논리 소자로서 작동하도록 훈련될 수 있음을 발견하였다. 상기 분자형 스위치는 네거티브 차분 저항을 특징으로 하는 I(V) 응답을 나타내는 분자이다.The inventors have discovered that mock nanocells based on nano-networks with arranged molecular switches connected by nanoparticles can be trained to act as exemplary known logic elements. The molecular switch is a molecule that exhibits an I (V) response characterized by a negative differential resistance.
모의 나노셀은 실제 물리적 나노셀을 대표한다고 믿어진다. 따라서 실제 나노셀의 프로그래밍 기술이 최초로 발견되었다고 믿어진다. 본 발명자들은 이러한 I(V) 특성을 갖는 "수지상 결정(dendrite)"(뇌의 구조와 유사한 개념을 이용)을 포함하는 네트워크에 의해 논리의 학습을 입증하는 다른 예를 알지 못한다. 특히, 종래 뇌의 신경 네트워크 모델 및 다른 모의 시스템은 통상 스텝 함수, 쌍곡선 탄젠트 등으로부터 선택되는 "수지상 결정" I(V) 곡선을 갖는 시스템의 제시에 기초하며, 이들 중 어느 것도 네거티브 차분 저항을 갖지 않는다.Simulated nanocells are believed to represent actual physical nanocells. Therefore, it is believed that the actual nanocell programming technology was first discovered. The inventors do not know another example of demonstrating the learning of logic by a network comprising "dendrite" (using concepts similar to the structure of the brain) with these I (V) properties. In particular, neural network models and other simulation systems of the conventional brain are based on the presentation of a system with a “dendritic crystal” I (V) curve, typically selected from step functions, hyperbolic tangents, etc., none of which has negative differential resistance. Do not.
모의 나노셀을 전지전능하게 훈련시키기 위해 유전자 알고리즘을 이용하였다. 즉, 상기 알고리즘은 원격 분자형 스위치의 상태를 알고 있다. 알고리즘은 만능 스위칭에 의해, 즉 스위치의 상태를 직접 조절함으로써 나노셀을 훈련시켰다. 그러나 이들 결과는 입력 리드 및 출력 리드에서 전압을 조절함으로써 원격 분자형 스위치를 모털 방식으로(mortally) 구성하는 자기적응형 알고리즘에 의해 달성될 수 있는 결과를 대표한다고 믿어진다.Genetic algorithms were used to train mock nanocells almighty. That is, the algorithm knows the state of the remote molecular switch. The algorithm trained nanocells by universal switching, ie by directly controlling the state of the switch. However, these results are believed to represent the results achievable by self-adaptive algorithms that mortally configure remote molecular switches by regulating the voltage at the input and output leads.
일반적 프로그래밍General programming
나노셀의 프로그래밍 또는 훈련에서의 목적은 랜덤인 고정 나노셀을 택하여 나노셀이 목표 논리 소자로서 기능할 때까지 나노셀의 스위치를 "on" 또는 "off"로 절환하는 것이다. 먼저 분자형 스위치 각각의 물리적 위치가 고정된다; 즉 나노셀의 내부 형태가 정적(static)이다. 이어서 나노셀을 제조후(post-fabrication) 훈련시킨다. 분자형 스위치의 "on" 또는 "off" 상태만 변할 수 있다.The goal in programming or training nanocells is to take a random fixed nanocell and switch the nanocell's switch "on" or "off" until the nanocell functions as the target logic device. First, the physical position of each molecular switch is fixed; In other words, the internal shape of the nanocell is static. The nanocells are then trained post-fabrication. Only the "on" or "off" state of the molecular switch can be changed.
여기서 본 발명자는 사용된 프로그래밍 알고리즘과 관련하여 옴니사이언스(omniscience), 옴니포텐스(omnipotence) 및 모털(mortal) 스위칭이라는 용어를 도입한다. 옴니사이언스란 나노셀 내부의 접속부 및 각 스위치의 위치와 상태가 알려져 있음을 의미한다. 옴니포텐스란 검색 알고리즘(search algorithm)이 각 분자형 스위치의 위치를 알고 그의 "on" 또는 "off" 상태를 역으로 설정하기 위해 정밀하고 선택적인 접근 방법을 갖는 것을 의미한다. 자연히 옴니포텐스의 정의는 옴니사이언스를 포함한다. 끝으로, 모털 스위칭이란 용어로는, 알고리즘이 나노셀 내부의 접속부 또는 스위치의 위치를 알지 못하며, 스위칭은 입력/출력 핀에 인가되는 전압 펄스에 제한된다. 실제 물리적 나노셀은 모털 방식으로 프로그램되는 것이 바람직하고, 스위칭은 주변을 따라 접촉 패드들 사이의 전압 펄스를 통해서만 일어나게 된다. Here we introduce the terms omniscience, omnipotence and mortal switching in connection with the programming algorithm used. Omniscience means that the location and state of each switch and connections within the nanocells are known. Omnipotence means that the search algorithm has a precise and selective approach to knowing the position of each molecular switch and reversing its "on" or "off" state. Naturally, the definition of omnipotence includes omniscience. Finally, in the term of hair switching, the algorithm does not know the location of the connections or switches inside the nanocell, and switching is limited to voltage pulses applied to the input / output pins. The actual physical nanocells are preferably programmed in a mortal manner, and switching occurs only through voltage pulses between the contact pads along the periphery.
여기서 제시되는 시뮬레이션에서, 본 발명자들은 주어진 나노셀이 목표 논리 소자로서 기능하도록 하는 스위치 상태가 있음을 입증한다. 나노입자 및 분자형 스위치의 특정 밀도가 주어지면, 스위치 상태에 대한 절대적 제어의 가정하에, 임의의 랜덤 나노셀이 일부 목표 논리 소자로서 훈련될 수 있는가를 결정하는 것이 바람직하다. 모털 스위칭의 방법을 확장하기 위한 몇가지 예비적 전술은 개별 스위치에 대한 보다 양호한 접근을 위해 금 입자의 콘덴서를 이용하는 방법을 포함한다. 정확히 1개의 스위치가 있고 2개의 금 입자 사이에 몇개의 콘덴서가 있을 경우, 2개의 I/O 핀 사이의 분자형 스위치의 라인은 이들 콘덴서를 이용하여 "on"과 "off" 중 임의의 패턴으로 설정될 수 있다고 믿어진다. 나노셀 내부의 분자형 스위치 및 금 입자의 네트워크는 I/O 핀들 사이의 단순한 스위치 라인보다 훨씬 복잡하지만, 시뮬레이션은 일부 논리 게이트용 용액 공간이 상당히 조밀함을 나타낸다. 이것은 모든 개별적 분자를 특이하게 접근할 필요가 없음을 의미한다. 실제로, 2개의 금 입자 사이에 스위치가 여러 개 있으면, 한 방향으로 배향된 모든 스위치가 동시에 스위치 상태가 될 것이다. 그러나 분자의 토글링 그룹(toggling group)이 거의 충분할 것이기 때문에 이것은 문제되지 않는다.In the simulations presented here, we demonstrate that there is a switch state that allows a given nanocell to function as a target logic device. Given the particular density of nanoparticles and molecular switches, it is desirable to determine whether any random nanocells can be trained as some target logic element, under the assumption of absolute control over the switch state. Some preliminary tactics for extending the method of hair switching include the use of capacitors of gold particles for better access to individual switches. If there is exactly one switch and several capacitors between two gold particles, the line of molecular switch between the two I / O pins can be used in any pattern of "on" and "off" using these capacitors. It is believed that it can be set. Molecular switches and networks of gold particles inside the nanocells are much more complex than simple switch lines between I / O pins, but simulations show that the solution space for some logic gates is quite dense. This means that there is no need to access every individual molecule specifically. In fact, if there are several switches between two gold particles, all switches oriented in one direction will be switched at the same time. However, this is not a problem since the toggling group of molecules will be nearly enough.
옴니포텐스로 나노셀을 훈련시키는 문제는 검색 공간(search space)이 일부 고정된 나노셀에 대한 모든 가능한 스위치 상태의 세트인 조합형 최적화 문제이다. 나노셀이 250개의 나노입자와 스위칭을 위한 적합한 배향을 이룬 약 750개의 분자형 스위치를 함유할 경우, 이 검색 공간의 크기는 2750이다(크기의 비교로서, 우주 내의 원소 입자 수는 2300개로 추산됨). 이 공간을 검색하기 위해 유전자 알고리즘이 이용된다. 먼저 랜덤 나노셀을 생성하고 목표 논리 소자를 정의한다(예를 들면 NAND). 나노셀의 스위치들의 상태는 복수의 "1"과 복수의 "0"의 "염색체"로서 기억된다. 랜덤 염색체의 최초 세대(generation)가 제조된다. 염색체 각각은 나노입자 및 분자형 스위치의 고정 위치를 갖는 나노셀에 대해 상이한 세트의 스위치 상태에 대응한다. 나노셀이 목표 논리 소자로서 실행하게 만드는 스위치 상태는 낮은 점수를 받고 목표 논리 기능을 실행하지 않는 스위치 상태는 높은 점수를 받도록하는 적합 함수(fitness functio)가 만들어진다. 스위치 상태의 염색체가 영(0)점을 받으면 검색이 정지되고, 따라서 원하는 논리를 허용 가능하게 실행한다. 최초 세대 후, 새 염색체의 각 세대는 이전 세대에 대해 실행된 조작에 의해 제조된다. 고도로 적응하는, 즉 점수가 낮은 염색체는 쌍으로 조합되어 새롭고 훨씬 양호하게 실행하는 염색체를 형성한다. 이러한 방식으로, 적응 제로의 염색체가 얻어질 때까지 공간 검색이 이루어진다.The problem of training nanocells with omnipotence is a combinatorial optimization problem where the search space is a set of all possible switch states for some fixed nanocells. If a nanocell contains 250 nanoparticles and about 750 molecular switches in a suitable orientation for switching, the size of this search space is 2 750 (as a comparison of sizes, the number of elemental particles in the universe is 2 300) . Estimated). Genetic algorithms are used to search this space. First, random nanocells are generated and target logic devices are defined (eg NAND). The states of the switches of the nanocells are stored as "chromosomes" of a plurality of "1s" and a plurality of "0" s. The first generation of random chromosomes is made. Each of the chromosomes corresponds to a different set of switch states for nanocells with fixed positions of nanoparticles and molecular switches. A fitness functio is created that causes the nanocells to run as target logic devices with low scores and switch states that do not perform target logic functions. When the chromosome in the switched state receives zero, the search stops, thus allowing the desired logic to be executed. After the first generation, each generation of new chromosomes is produced by the manipulations performed for the previous generation. Highly adaptive, ie low score chromosomes are combined in pairs to form new and much better performing chromosomes. In this way, a spatial search is made until a chromosome of adaptive zero is obtained.
여기서 본 발명자들은 이 옴니포텐트 훈련 과정을 시뮬레이션 하는 두 가지 방법을 제시한다. 각각의 구성 또는 나노셀 내부의 스위치 상태의 조합의 적응도를 계산하기 위해, 일련의 회로를 분석해야 한다. 이들 회로 각각은 비선형 저항기의 복합 네트워크를 포함한다. 시간에 대한 입력 전압의 패턴이 입력/출력 핀의 일부에 적용되고, 그 결과로 얻어지는 시간에 대한 출력 전류를 계산해야 한다. 이것은 일련의 비선형 방정식, 통상 미분 방정식의 해를 구하는 것을 포함한다. 이 시스템을 푸는 것이 어렵지만, 여기에 제시된 시뮬레이션은 두 가지 방식으로 이것을 다룬다. 본 발명자가 두번째로 제시하는 모델에서, 나노셀의 각각의 구성을 분석하기 위해 회로공학 소프트웨어인 SPICE가 이용된다. 이 소프트웨어는 매우 정확하지만 랜덤 방식으로 조립된 회로의 반복 연산을 하도록 설계되지 않은 것이므로 시간이 많이 걸린다. 본 발명자가 첫번째로 제시하는 동적 나노셀 모델에서는 속도를 위해 정확성이 희생된다. 즉, 나노셀의 전기적 동작을 어림잡기 때문에 방정식의 복합 시스템의 해를 구하지 못하지만 유용한 근사치를 얻을 수 있다.Here we present two methods for simulating this omnipotent training process. To calculate the adaptability of each configuration or combination of switch states inside the nanocell, a series of circuits must be analyzed. Each of these circuits includes a complex network of nonlinear resistors. The pattern of input voltage over time is applied to some of the input / output pins and the resulting output current over time must be calculated. This involves solving a series of nonlinear equations, usually differential equations. It is difficult to solve this system, but the simulation presented here deals with this in two ways. In the second model we present, SPICE, a circuit engineering software, is used to analyze each configuration of the nanocells. The software is very accurate but time consuming because it is not designed to iterate over circuits assembled in a random manner. Accuracy is sacrificed for speed in our first dynamic nanocell model. In other words, the approximation of the electrical behavior of the nanocells does not solve the complex system of equations, but a useful approximation is obtained.
사용된 유전자 알고리즘은 첨부된 부록의 파일명 vzNanocell.cpp에 기록되어 있다.The genetic algorithm used is recorded in the file name vzNanocell.cpp in the appendix.
동적 나노셀 모델Dynamic Nanocell Model
셀룰러 오토마타(cellular automata; CA)는 공간과 시간에 대한 개별 값을 갖는 동적 시스템이다. 규칙적 격자 내 셀의 상태는 로컬 또는 인접 셀의 상태에만 의존하는 결정론 규칙(deterministic rule)에 따라 동기 방식으로 갱신된다[c]. 셀 각각의 상태는 종종 개별 값의 소수 세트에 한정되지만, CA의 개념을 실제 평가한 상태 변수를 허용하도록 확장하는 것은 드문 일은 아니다[d]. 동적 나노셀 모델은 6각형 격자가 나노셀을 나타내고 격자 내의 셀은 개별적 금 나노입자를 나타내는 셀룰러 오토마타이다. 셀에 대한 실제 평가한 상태 변수는 나노입자의 전위차이고 각 시간 단계에서 상태 변수를 변경하기 위한 전환 규칙(transition rule)은 인접 셀로써 Kirchhoff에 순응하도록 나노입자의 전위차를 조절하는 것이다. 물리학자가 "필드 방정식"이 지배하는 필드 이론을 이용하는 경우에 컴퓨터 과학자 는 셀룰러 오토마타를 이용하며, CA의 이용은 종래의 방법을 수십 수천배 능가하여 행할 수 있는 대안적 컴퓨터식 접근을 제공한다고 일컬어져 왔다. 본 발명자들은 동적 나노셀 모델이 우리의 검색 알로기즘을 적절한 시간에 실행할 수 있게 하는 동시에 물리적 소자의 전기 특성을 정확히 모델링할 수 있게 한다고 믿는다.Cellular automata (CA) is a dynamic system with individual values for space and time. The state of the cells in the regular lattice is updated in a synchronous manner according to deterministic rules that depend only on the state of the local or neighboring cells [c]. The state of each cell is often limited to a small set of individual values, but it is not uncommon to extend the concept of CA to allow state variables that actually evaluate [d]. The dynamic nanocell model is a cellular automata in which the hexagonal lattice represents nanocells and the cells in the lattice represent individual gold nanoparticles. The actual evaluated state variable for the cell is the potential difference of the nanoparticles and the transition rule for changing the state variable at each time step is to adjust the potential difference of the nanoparticles to conform to Kirchhoff as the adjacent cell. Computer scientists use cellular automata when physicists use field theories governed by "field equations," and the use of CA is said to provide an alternative computerized approach that can be done tens of thousands of times over conventional methods. come. The inventors believe that a dynamic nanocell model allows us to run our search algorithm in a timely manner while at the same time accurately modeling the electrical properties of the physical device.
동적 나노셀 모델을 위한 전환 규칙은 NDR 소자에서의 I(V) 곡선의 비선형성을 감안하였으며, 상기 모델이 유체의 흐름뿐 아니라 나노셀을 통과하여 흐르는 전류를 시뮬레이션 하도록 하였다. 이에 따라 부정 논리(negating logic)를 구비한 것과 같은 보다 흥미있는 논리 소자를 모델링 할 수 있게 되었다.The conversion rules for the dynamic nanocell model accounted for the nonlinearity of the I (V) curve in the NDR device and allowed the model to simulate the flow of fluid as well as the current flowing through the nanocell. This makes it possible to model more interesting logic devices such as those with negating logic.
상기 동적 모델은 다음과 같이 증분(incremental) 방식으로 평가되었다. 모든 금속성 나노입자를 전위차 0로 초기화하고, 이어서 입력/출력 지점으로 지정한 일부의 나노입자에 0이 아닌 전위차를 인가했다. 입력 지점에 인가한 전위차는 나노셀에 Boolean 평가된 입력을 나타내는 수준에 도달할 때까지 점차 증가되었고, 이어서 시뮬레이션을 통해 일정하게 유지되었다. 얻어진 나노입자는 변화가 일어난 인접 입자에 신호를 보냈다. 다음으로 나노입자는 그의 전위차를 바로 이웃한 나노입자 각각의 전위차와 비교함으로써 자신의 전위차를 재평가했다. 개재한 분자형 스위치의 I(V) 특성을 따른 인접 입자 각각의 전위차로 인접 입자 각각을 통과하여 출입하는 전류의 양이 결정되었다. 일부 인접 입자로부터 들어오는 전류의 합은 잔류하는 인접 입자로 흘러 나가는 전류의 합과 동일하지 않았으며, 따라서 나노입자의 전위차가 조절되었다. 조절이 행해지면 인접한 나노입자는 그의 포텐셜을 재평가하도록 신호되었다. 이 과정은 나노입자가 그의 유입 전류가 기존 전 류와 동일한 것을 만족시킬 때까지 계속되고, 그 결과 시스템을 Kirchhoff 순응형으로 만들었다. 끝으로, 전류는 각각의 입력/출력에서 계산되었다.The dynamic model was evaluated in an incremental manner as follows. All metallic nanoparticles were initialized with a potential difference of zero, and then a nonzero potential difference was applied to some of the nanoparticles designated as input / output points. The potential difference applied to the input point gradually increased until reaching a level indicating Boolean evaluated input to the nanocell, and then remained constant throughout the simulation. The obtained nanoparticles signaled adjacent particles in which the change occurred. Next, the nanoparticle reevaluated its potential difference by comparing its potential difference with the potential difference of each immediately adjacent nanoparticle. The amount of current passing through each of the adjacent particles was determined by the potential difference of each of the adjacent particles along the I (V) characteristics of the interposed molecular switch. The sum of the currents coming from some neighboring particles was not equal to the sum of the currents flowing out of the remaining neighboring particles, so the potential difference of the nanoparticles was controlled. Once regulation was made, adjacent nanoparticles were signaled to reevaluate their potential. This process continues until the nanoparticles satisfy their inrush currents with the same currents, resulting in the system being Kirchhoff compliant. Finally, the current was calculated at each input / output.
나노셀이 원하는 논리 게이트로서 동작하도록 하는 스위치 설정치의 조합을 알아내기 위해 유전자 알고리즘을 이용하였다. 스위치는 "on" 상태와 "off" 상태 중 하나에 있기 때문에, 염색체 모델은 셀에서의 모든 스위치의 상태를 0 또는 1의 값에서 각각 "off" 또는 "on"으로 나타내는 비트(bit)의 세트였다. 6각형 배열이 사용되었다. 즉, 나노입자는 삼각형의 꼭지점에 놓이고 스위치는 삼각형의 변을 따라 놓였다. 유전자 알고리즘은 작은 4x4 나노셀이 XOR 소자로서 작용하도록 하기 위한 스위치 설정치의 조합을 찾을 수 있었다. 또한, 반경이 1인 "원형" 나노셀(즉 하나의 중앙 나노입자가 대략 원형인 6 나노입자의 둘레에 의해 둘러싸인 것)에서, 상기 나노셀은 8 2x1 진리표(2 입력, 1 출력) 중 어느 하나로서 기능하도록 훈련될 수 있음이 입증되었다. 또한, 반경이 2인 "원형" 나노셀(상기 반경 1 나노셀이 대략 원형인 12 나노입자의 둘레에 의해 둘러싸인 것)에서, 64 2x2 진리표(2 입력, 2 출력) 중 어느 하나에 대해서도 입증되었다. 이 동적 나노셀 모델은 간단하고 비교적 빨리 실행하므로 나노셀의 검색 기술 및 논리적 성질을 연구하는 데 탁월한 도구가 된다.Genetic algorithms were used to determine the combination of switch settings that caused the nanocell to act as the desired logic gate. Since the switch is in one of the "on" and "off" states, the chromosome model is a set of bits that indicate the state of all switches in the cell, either "off" or "on", respectively, at values of 0 or 1. It was. Hexagonal arrays were used. That is, the nanoparticles were placed at the vertices of the triangle and the switch was placed along the sides of the triangle. Genetic algorithms could find a combination of switch settings to allow small 4x4 nanocells to act as XOR devices. In addition, in a "circular" nanocell with a radius of 1 (i.e. surrounded by the perimeter of 6 nanoparticles in which one central nanoparticle is approximately circular), the nanocell is any of 8 2x1 truth tables (2 inputs, 1 output). It has been proven that it can be trained to function as one. In addition, in "circular" nanocells with a radius of 2 (where the
본 명세서에서 참고로서 각각 다음과 같은 자료가 포함된다:Each of the following materials is incorporated herein by reference:
[a] T. Toffoli, N.H. Margolus; "Invertible Cellular Automata: A Review", Cellular Automata: Theory and Experiment, H. Gutowitz, editor; 1991, A Bradford Book, The MIT Press, Cambridge, Massachusetts, London England. [a] T. Toffoli, N.H. Margolus; "Invertible Cellular Automata: A Review," Cellular Automata: Theory and Experiment, H. Gutowitz, editor; 1991, A Bradford Book, The MIT Press, Cambridge, Massachusetts, London England.
[b] T. Toffoli; "Cellular Automata as an Alternative to (Rather than An Approximation of) Differential Equations in Modeling Physics. PHYSICA D, Nonlinear Phenomena, Vol 10D(1984) Nos. 1 & 2, January 1984[b] T. Toffoli; "Cellular Automata as an Alternative to (Rather than An Approximation of) Differential Equations in Modeling Physics.PHYSICA D, Nonlinear Phenomena, Vol 10D (1984) Nos. 1 & 2, January 1984
[c] H. Gutowitz; "Intriduction", Cellular Automata: Theory and Experiment, H. Gutowitz, 상기 [a]와 같음[c] H. Gutowitz; "Intriduction", Cellular Automata: Theory and Experiment, H. Gutowitz, as above [a]
[d] Chopard, Droz; Cellular Automata Modeling of Physical Systems; 1998, Cambridge University Press[d] Chopard, Droz; Cellular Automata Modeling of Physical Systems; 1998, Cambridge University Press
SPICE 모델SPICE model
Spice 모델Spice Model
SPICE 모델은 나노셀의 복합 소자 회로 특성을 시뮬레이션 한다. 본 발명자들은 앞에서 설명한 유전자 알고리즘을 간섭하도록 SPICE를 구성했다. OLE로부터 Intusoft의 ICAPS/4 Windows SPICE 변형에까지 간섭하도록 Microsoft의 COM 플랫폼을 이용하여 나노셀 시뮬레이터를 개발했다. 또한 계산은 Avant로부터 입수가능한 HSPICE v. 1999.2로 행해졌다. 나노셀 시뮬레이터는 무작위로 나노셀을 생성하고 그것을 단순한 논리 게이트로서 기능하도록 구성한다. 나노입자의 밀도와 치수, 그리고 분자형 스위치의 평균 밀도가 주어지면, 랜덤 나노셀은 특정 선택 밀도를 가진 금속 입자의 6각형 격자(grid)로서 생성된다. 인접한 나노입자를 접속하는 분자형 스위치는 주어진 평균 밀도 주위에 기초한 포아손 분포에 따라 분포된다(도 7). 나노셀이 생성된 후, 20개의 주위 입력/출력 핀(4변에 각각 5개의 핀이 차지함)에 대한 설정치가 규정된다. 각각의 입력/출력 핀은 입력하거나, 출력하거나 또는 플로트(float)하도록 설정됨으로써 나노입자처럼 동작하도록 할 수 있다. SPICE 엔진 내부에서, 모노리니어(monolinear) 저항기 회로 소자를 이용하여 개별 분자들이 모델링된다. SPICE에서 수렴을 달성하는 것은 나노입자들 사이에 예상되는 기생 용량(parasitic capacitance)을 포함함으로써 해결되었다. 첨가된 용량은 시뮬레이션이 진행되는 동안 급격한 전류의 변화가 일어나는 것을 방지하여, 나노셀을 보다 실제적으로 모델링하고 수렴에 도움을 준다.The SPICE model simulates the composite cell circuit characteristics of nanocells. We configured SPICE to interfere with the genetic algorithm described above. The nanocell simulator was developed using Microsoft's COM platform to interfere with Intusoft's ICAPS / 4 Windows SPICE variant from OLE. The calculation is also available from HSPICE v. Available from Avant. It was done in 1999.2. The nanocell simulator randomly generates nanocells and configures them to function as simple logic gates. Given the density and dimensions of the nanoparticles and the average density of the molecular switches, random nanocells are created as hexagonal grids of metal particles with specific select densities. Molecular switches connecting adjacent nanoparticles are distributed according to a poason distribution based around a given mean density (FIG. 7). After the nanocells are created, the setpoints for 20 peripheral input / output pins (five pins on each side) are defined. Each input / output pin can be configured to input, output, or float to behave like a nanoparticle. Inside the SPICE engine, individual molecules are modeled using monolinear resistor circuit elements. Achieving convergence in SPICE was addressed by including the parasitic capacitance expected between nanoparticles. The added capacity prevents abrupt changes in current during the simulation, which helps to more realistic model and converge the nanocells.
본 명세서에서 설명하는 작업에서, 논리 게이트는 전압-입력 및 전류-출력 회로이다. 입력/출력 핀을 "하이(high)" 또는 "로우(low)"로 설정할 때, 본 발명자는 VIL 및 VIH를 각각 입력 핀에 대한 저전압 및 고전압으로 설정하였다. 입력의 진리표 값이 1일 때, VIH 볼트가 이 핀에 인가된다. 진리표 값이 0인 것은 VIL 볼트가 인가됨을 의미한다. 마찬가지로, 본 발명자는 IOL 및 IOH를 각각 출력 전류 문턱값으로 설정하였다. 출력 핀을 통한 전류가 IOL 이하이면 핀은 "off"로 간주되고, 전류가 IOH 이상이면 핀은 "on"으로 간주된다.In the tasks described herein, logic gates are voltage-input and current-output circuits. When setting the input / output pins to "high" or "low", we set V IL and V IH to low and high voltages for the input pins, respectively. When the truth table value of the input is 1, the V IH volt is applied to this pin. A truth table value of zero means that the V IL volt is applied. Likewise, we set I OL and I OH as output current thresholds, respectively. The pin is considered "off" if the current through the output pin is below I OL , and the pin is "on" if the current is above I OH .
일정 수의 2-상태 입력 및 출력이 주어지면, 진리표는 원하는 논리를 기술한다. 각각의 개별 진리를 시험하는 것으로는 충분하지 않다. 진리들 사이의 각각의 전환도 시험해야 한다. 인버터용 입력 그래프와 대응 진리표, NAND 게이트 및 반가산기의 역이 나중 섹션에서 디스플레이된다.Given a number of two-state inputs and outputs, the truth table describes the desired logic. It is not enough to test each individual truth. Each conversion between truths should also be tested. The input graph for the inverter and the corresponding truth table, the inverses of the NAND gate and the half adder are displayed in later sections.
SPICE로부터의 출력을 해석함으로써 본 발명자들은 각각의 클록 스텝(clock step)에서 나노셀의 출력을 측정했다. 이어서 출력 핀이 "on" 또는 "off"인지 또는 그중 어느 것도 아닌지(개별 문턱 설정값 사이에서)를 결정하기 위해 이들 판독 결과를 IOH 및 IOL과 비교하였다. 이 방식으로, 본 발명자들은 주어진 임의의 나노셀의 논리를 결정하였다. 이 논리를 원하는 진리표와 비교함으로써 본 발명자들은 나노셀이 원하는 논리 기능을 실행하는지를 결정할 수 있다.By interpreting the output from SPICE, we measured the output of the nanocells at each clock step. These readings were then compared to I OH and I OL to determine whether the output pin was “on” or “off” or not (between individual threshold settings). In this way, we determined the logic of any given nanocell. By comparing this logic with the desired truth table, we can determine whether the nanocell performs the desired logic function.
고정된 나노셀에 대해 각 스위치의 위치가 고정된 경우에 스위치 상태의 모든 가능한 조합을 검색하는 것이 바람직하다. 다시 말하면, 나노입자 사이에 새로운 스위치는 첨가될 수 없고 기존 스위치는 제거될 수 없다. 오질 스위치 상태만을 변경할 수 있다. SPICE 모델에서, 핀 설정값 및 "on"과 "off" 전류 문턱값(I OH 및 IOH)은 일정하였다. 목적은 특정 나노입자 및 분자형 스위치 밀도의 임의의 랜덤 나노셀이 목표 논리 게이트의 일부로서 훈련될 수 있도록 이들 파라미터를 고정하는 것이었다. 인버터, NAND 게이트 및 역반가산기에 대해 예시적 설정값이 결정되었다.It is desirable to search for all possible combinations of switch states when the position of each switch is fixed relative to the fixed nanocell. In other words, new switches cannot be added between nanoparticles and existing switches cannot be removed. Only the wrong switch status can be changed. In the SPICE model, the pin setpoints and the "on" and "off" current thresholds (I OH and I OH ) were constant. The goal was to fix these parameters so that any random nanocells of a particular nanoparticle and molecular switch density could be trained as part of the target logic gate. Exemplary setpoints have been determined for the inverter, the NAND gate and the inverse half adder.
프로그램되지 않은 상태에서 예시적 나노셀의 대표적 SPICE 목록이 첨부 부록의 Trained Nanocell.doc 파일에 기록되어 있다. 프로그램되지 않은 나노셀의 분자형 스위치에 대한 "on"-"off" 상태가 도 7에 제시되어 있다.A list of representative SPICEs of exemplary nanocells in their unprogrammed state is recorded in the Trained Nanocell.doc file in the attached appendix. The "on"-"off" states for the molecular switches of the unprogrammed nanocells are shown in FIG. 7.
인버터로서 기능하도록 재프로그램된 동일한 나노셀의 대표적 SPICE 목록이 첨부 부록의 Trained Nanocell.doc 파일에 기록되어 있다. 프로그램된 인버터로서 기능하는 나노셀의 "on"-"off" 상태가 도 8에 제시되어 있다. A representative SPICE list of the same nanocell reprogrammed to function as an inverter is recorded in the Trained Nanocell.doc file in the attached appendix. The "on"-"off" states of the nanocells functioning as programmed inverters are shown in FIG. 8.
NAND 게이트로서 기능하도록 프로그램된 동일한 나노셀의 대표적 SPICE 목록이 첨부 부록의 Trained Nanocell.doc 파일에 기록되어 있다. 프로그램된 NAND로서 기능하는 나노셀의 "on"-"off" 상태가 도 9에 제시되어 있다.A representative SPICE listing of the same nanocell programmed to function as a NAND gate is recorded in the Trained Nanocell.doc file in the attached appendix. The "on"-"off" state of the nanocells functioning as programmed NAND is shown in FIG. 9.
역반가산기로서 기능하도록 프로그램된 동일한 나노셀의 대표적 SPICE 목록이 첨부 부록의 Trained Nanocell.doc 파일에 기록되어 있다. 프로그램된 역반가산기로서 기능하는 나노셀의 "on"-"off" 상태가 도 10에 제시되어 있다.A representative list of SPICEs of the same nanocell programmed to function as a reverse half adder is recorded in the Trained Nanocell.doc file in the attached appendix. The "on"-"off" states of the nanocells functioning as programmed reverse half adders are shown in FIG. 10.
이상 설명한 결과는 도 7에 제시된 예시적 나노셀의 프로그램 및 재프로그램의 가능성을 입증한다.The results described above demonstrate the possibility of programming and reprogramming the exemplary nanocells presented in FIG. 7.
본 발명의 바람직한 실시예가 제시되고 설명되었지만, 당업자는 본 발명의 사상이나 교시를 벗어나지 않고 이에 대한 변형을 이룰 수 있다. 본 명세서에 기새된 실시예는 예시적인 것일 뿐이며 제한적이 아니다. 소자, 컴퓨터 및 방법에 대해 여러 가지 변경 및 변형이 가능하며 이 또한 본 발명에 포함된다. 따라서 보호의 범위는 여기에 기재된 실시예에 한정되지 않고 후속하는 청구항에 의해서만 한정되며, 그 범위는 청구항의 요지와 등가인 모든 것을 포함한다.While the preferred embodiments of the present invention have been shown and described, those skilled in the art can make modifications thereto without departing from the spirit or teaching of the present invention. Embodiments disclosed herein are illustrative only and not restrictive. Many modifications and variations of the device, computer, and method are possible and are included in the invention. Thus, the scope of protection is not limited to the embodiments described herein but only by the claims that follow, and the scope includes all equivalents to the subject matter of the claims.
부록 60-224쪽을 첨부함. Addendum pages 60-224.
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