Auto-organização de Compostos de Transferência de Carga Intramolecular em Sistemas Moleculares Funcionais

Compostos altamente polarizados que exibem transferência de carga intramolecular (ICT) são amplamente utilizados como materiais ópticos não lineares (NLO), emissores vermelhos e em diodos emissores de luz orgânicos. Compostos ICT substituídos com doador/aceptor (D/A) de baixo peso molecular são candidatos ideais para uso como blocos de construção de sistemas supramoleculares auto-organizados multifuncionais e hierarquicamente estruturados. Esta Conta descreve nossos estudos recentes sobre o desenvolvimento de sistemas moleculares funcionais com estruturas auto-organizadas bem definidas baseadas em interações de transferência de carga (CT). Desde soluções (sensores) até o estado sólido (estruturas montadas), utilizamos plenamente interações CT intrínsecas e induzidas por estímulos para construir esses sistemas moleculares funcionais. Projetamos algumas moléculas orgânicas capazes de ICT, com diversidade e capacidade de personalização, que podem ser usadas para desenvolver novos materiais auto-organizados. Essas moléculas orgânicas ICT são baseadas em várias estruturas simples como bisimida de perileno, benzotiadiazol, tetracianobutadieno, fluoreno, isoxazolona, BODIPY e seus derivados. O grau de ICT é influenciado pela natureza tanto da ponte quanto dos substituintes. Desenvolvemos novos métodos para sintetizar compostos ICT através da introdução de heterociclos ou heteroátomos em sistemas π-conjugados ou estendendo a conjugação de diversos sistemas aromáticos via outro anel aromático. Combinando esses compostos ICT com diferentes unidades D/A e diferentes graus de conjugação com metodologias de transferência de fase e técnicas de vapor de solvente, auto-organizamos várias nanoestruturas orgânicas, incluindo nanesferas ocas, fios, tubos e arquiteturas em forma de fita, com morfologias e tamanhos controláveis. Por exemplo, obtivemos uma estrutura microfibrosa não centrosimétrica que possuía um dipolo permanente ao longo do eixo longo de suas fibras e um dipolo de transição perpendicular a ele; as respostas NLO independentes deste material podem ser separadas e ajustadas espectroscopicamente e espacialmente. A facilidade de processamento e a alta eficiência NLO intrínseca dessas microfibras oferecem grandes oportunidades para aplicações em dispositivos fotônicos. Também projetamos sensores moleculares baseados em mudanças na eficiência do processo ICT mediante a complexação de um analito com as porções D ou A nos compostos ICT. Tais sensores, que exibem deslocamentos evidentes de Stokes ou mudanças em rendimentos quânticos ou tempos de fluorescência, mostram potencial para aplicações em reconhecimento e detecção química e biológica. Nesta Conta, esclarecemos as relações estrutura-função desses sistemas moleculares funcionais com estruturas auto-organizadas bem definidas baseadas em interações ICT. Os resultados encorajadores que obtivemos sugerem que esses materiais moleculares auto-organizados ICT podem guiar o desenho de novas nanoestruturas e materiais a partir de sistemas orgânicos e que esses materiais, em uma gama de composições, tamanhos, formas e funcionalidades, podem ser aplicados potencialmente nos campos da eletrônica, óptica e optoeletrônica.