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Title:
PHOTOISOMERISABLE MOLECULES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/105896
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a molecule comprising at least one carbon-carbon double bond which is substituted by at least one cyclopentadienyl-metal-cyclopentadienyl complex, having the cis/trans isomerisation property, in a reversible manner in response to the absorption of light. Preferably, the rest of the molecule comprises a dendrimer of any generation, advantageously of the polypropylenimine octaamine type. The inventive molecule can be used as a molecular switch and in various different applications, e.g. as a sensor for the detection of UV light, data storage, etc.

Inventors:
PERIS FAJARNES EDUARDO VICTOR (ES)
MATA MARTINEZ JOSE ANTONIO (ES)
MARQUEZ LINARES FRANCISCO MANU
SABATTER PICOT MARIA JOSE (ES)
Application Number:
PCT/ES2005/000224
Publication Date:
November 10, 2005
Filing Date:
April 28, 2005
Export Citation:
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Assignee:
UNI JAUME I DE CASTELLO (ES)
UNI POLITECNICA DE VALENCIA (ES)
CONSEJO SUPERIOR INVESTIGACION (ES)
PERIS FAJARNES EDUARDO VICTOR (ES)
MATA MARTINEZ JOSE ANTONIO (ES)
MARQUEZ LINARES FRANCISCO MANU
SABATTER PICOT MARIA JOSE (ES)
International Classes:
C07C251/24; C07F17/02; C08G8/30; C08G83/00; (IPC1-7): C08G83/00; C07C251/24; C07F17/02
Other References:
PERUGA A. ET AL: "Facile synthesis of bidimensional ferrocenyl-based branched oligomers by palladium-catalyzed coupling reactions", J. ORGANOMET. CHEM., vol. 637-639, 2001, pages 191 - 197, XP004323899, DOI: doi:10.1016/S0022-328X(01)00903-2
PALOMERO J. ET AL: "Facile synthesis of first generation ferrocene dendrimers by a convergent approach using ditopic conjugated dendrons", NEW J. CHEM., vol. 26, 2002, pages 291 - 297
CALABRESE J.C. ET AL: "Molecular Second-Order Optical Nonlinearities of Metallocenes", J. AM. CHEM. SOC., vol. 113, no. 19, 1991, pages 7227 - 7232
SHIN H.K. ET AL: "Optical behavior and surface morphology of the azobenzene functionalized dendrimer in Langmuir and Langmuir-Blodgett monolayers", OPTICAL MATERIALS, vol. 21, 2002, pages 389 - 394, XP004395454, DOI: doi:10.1016/S0925-3467(02)00164-7
RATERA I. ET AL: "New Photomagnetic Molecular System Based on Photoinduced Self-Assembly of Radicals", ANGEW. CHEM. INT. ED., vol. 40, no. 5, 2001, pages 919 - 922
SMITH G. ET AL: "The synthesis and catalytic activity of a first-generation poly(propylene imine) pyridylimine palladium metallodendrimer", J. ORGANOMET. CHEM., vol. 673, 2003, pages 111 - 115, XP004423355, DOI: doi:10.1016/S0022-328X(03)00173-6
Attorney, Agent or Firm:
Astiz Suarez, José Enrique (C/ Fortuny 7, Madrid, ES)
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Claims:
REIVINDICACIONES
1. Una molécula que comprende un doble enlace carbonocarbono y al menos un sustituyente "ciclopentadienometalciclopentadieno" sobre uno de los carbonos del doble enlace, y donde el metal está formando un complejo con los dos ciclopentadienilos.
2. Una molécula según la reivindicación I5 donde el metal se selecciona del grupo formado por Fe5 Ni5 Co5 Zr5 Ru5 Cr, Zr5 Hf5 Ti5 Mo5 Nb5 W y V.
3. Molécula según la reivindicación 1 y 2, donde el metal es el catión Fe2+.
4. Molécula según la reivindicación 1, de fórmula RCH=CHXn donde X es un sustituyente "ciclopentadienometalciclopentadieno"; el metal se selecciona entre Fe.
5. Ni, Co.
6. Zr.
7. Ru.
8. Cr.
9. Zr.
10. Hf.
11. Ti.
12. Mo.
13. Nb.
14. W y V; n puede estar comprendido entre 1 y 5, preferentemente n es 1 ó 2; y R es el resto de la molécula de la invención.
15. 5 Molécula según la reivindicación I5 de fórmula RCHCXnYm donde X e Y5 iguales o distintos entre sí, son un sustituyente "ciclopentadieno metalciclopentadieno"; n y m pueden ser independientemente iguales o distintos entre sí, y preferentemente el valor de n+m está comprendido entre 1 y 5, más preferentemente n+m= 1 siendo n=0; ó m+n = 2 siendo n=l y m=l; y R es el resto de la molécula de la invención.
16. Una molécula según la reivindicación 1, 4, ó 5, donde el resto R de la misma, que comprende al menos un doble enlacé fotoisomerizable, es una molécula de naturaleza inorgánica, de naturaleza orgánica, una biomolécula o una estructura supramolecular.
17. Una molécula según la reivindicación 6, donde el resto R se selecciona entre un cristal, polvos microcristalinos, compuestos amorfos, polímeros, sílice, alúmina y ópalos sintéticos.
18. Una molécula según la reivindicación 6, donde el resto R es un resto de dendrímero de cualquier generación.
19. Una molécula según la reivindicación 8 de Fórmula 1 Fórmula 1 .
20. Una molécula según la reivindicación 1 fotoisomerizable por la absorción de radiación de una longitud de onda en el intervalo de 240 a 320 nm, preferentemente en el intervalo 260 a 290 nm.
21. Empleo de la molécula según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, como sensor para detectar la presencia de radicación UV.
22. Empleo de la molécula según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en almacenaje de información, y/o en el campo de la energía solar.
Description:
MOLÉCULAS FOTOISOMERIZABLES

CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se relaciona en general con nuevas moléculas, que presentan la capacidad de isomerización cis-trans, de forma reversible, en respuesta a un proceso de absorción de radiación. Asimismo, la invención se relaciona con su empleo en diversas aplicaciones, por ejemplo, como interruptores moleculares, como sensores para detectar la presencia de radiación, y en almacenaje de información.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En los últimos años ha aumentado considerablemente el interés en el diseño de los denominados "interruptores moleculares", extremadamente útiles en gran variedad de aplicaciones. El término "interruptor molecular" se define como un conjunto de sistemas moleculares discretos que permite realizar movimientos mecánicos (output) cuando son sometidos a un estímulo externo (input). El interés en el desarrollo de los mismos se basa en la capacidad de obtener materiales con propiedades magnéticas, electrónicas y ópticas de interés tecnológico. Una molécula que tenga la posibilidad de encontrarse en dos formas distintas podría utilizarse como un sistema binario (por ejemplo 0 ó 1) en almacenaje óptico de información o como sensor para detectar la presencia o entrada. de radiación, bien porque dicha radiación sea perjudicial para la salud o bien porque una mínima entrada en un área de la misma sea indeseable, El cambio que sufra dicha molécula debe ser reversible y obedecer a la absorción de una determinada energía. Dentro de este tipo de moléculas se encuentran las que incorporan uno o más metales en su estructura y presentan características físico-químicas específicas que permiten que sean fácilmente empleadas como interruptores moleculares. Existe por lo tanto la necesidad de proporcionar, moléculas alternativas, fotoisomerizables capaces de actuar como interruptores moleculares que incorporen preferentemente al menos un metal en su estructura y presenten aplicación industrial.

COMPENDIO DE LA INVENCIÓN La presente invención se enfrenta al problema de proporcionar una molécula alternativa capaz de reaccionar de forma intramolecular y de forma reversible en respuesta a un proceso de absorción de radiación. En particular, la invención se enfrenta al problema de proporcionar una molécula que produzca una respuesta cuantitativa frente a la absorción de radiación de una determinada longitud de onda. La solución aportada por la presente invención se basa en que los inventores han descubierto, sorprendentemente, una molécula que comprende un doble enlace carbono- carbono, que sufre una rápida isomerización intramolecular cis-trans en respuesta a la absorción de una radiación de una determinada longitud de onda, en función del número de sustituyentes sobre los carbonos del doble enlace, y de su naturaleza. Por lo tanto, en un primer aspecto la invención proporciona una molécula que comprende al menos un doble enlace carbono-carbono, que presenta al menos un sustituyente "ciclopentadieno-metal-ciclopentadieno" sobre uno de los carbonos de dicho doble enlace. Entre las ventajas de la molécula cabe destacar que el porcentaje de isomerización cis-trans que sufre el . doble enlace, es mucho más elevado que en los procesos convencionales y superior al 80-90%, sin que se llegue a degradar dicha molécula. Otra ventaja adicional dé la misma es la capacidad de poder diseñarla convenientemente de modo que, en función del número, posición y naturaleza de los sustituyentes "ciclopentadieno-metal-ciclopentadieno" ésta se isomerice frente a una radiación de una determinada longitud de onda del UV invisible y en un determinado porcentaje, aunque estos efectos pueden también hacerse extensivos al rango de longitud de onda del visible. Esto permite la aplicación de dicha molécula para poder, por ejemplo, detectar la presencia de una determinada radiación invisible para el , ojo humano a una determinada longitud de onda en lugares donde un mínimo de radiación pueda ocasionar daños graves.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención proporciona una nueva molécula que comprende un doble enlace carbono-carbono, que presenta al menos un sustituyente "ciclopentadieno-metal- ciclopentadieno" sobre uno de los carbonos de dicho doble enlace, y donde el metal se encuentra como catión formando un complejo con los dos ciclopentadienilos. Dicho metal se selecciona entre Fe, Ni, Co, Zr, Ru-, Cr, Zr, Hf5 Ti, Mo, Nb, W y V. En una realización particular el metal es el catión Fe2+. El doble enlace de la molécula puede isomerizarse de cis a trans en respuesta a una absorción de radiación. Dicho proceso que comprende la absorción de radiación UV es reversible e intramolecular. Cuando el doble enlace carece de sustituyentes el rendimiento de la isomerización es aproximadamente del 40% en condiciones normales, esto es, cuando la longitud de onda empleada es la óptima (280 nm), y con tiempos de exposición máximos e intensidad óptima, sin llegar a producir la degradación de la molécula que contiene al doble enlace.

En la nueva molécula proporcionada por la presente invención, en adelante molécula de la invención, la incorporación de uno o más sustituyentes "ciclopentadieno- metal-ciclopentadieno" al doble enlace hace variar la longitud de onda de la radiación óptima para producir la isomerización cis-trans y aumenta, asimismo, el rendimiento de la misma. Dicha variación en general consiste en un desplazamiento de la longitud de onda óptima de isomerización cis-trans hacia el rojo, denominado desplazamiento batocrómico. La magnitud de la variación de la longitud de onda por la presencia de uno o más sustituyentes "ciclopentadieno-metal-ciclopentadieno" sobre el doble enlace está típicamente comprendida entre 10 y 50 nm, aunque esta variación puede ampliarse introduciendo sustituyentes adicionales. Preferentemente la molécula de la invención se fotoisomeriza por la absorción de radiación de una longitud de onda en el intervalo de 240 a 320 nm, preferentemente en el intervalo 260 a 290 nm.

En una realización particular, la molécula presenta la siguiente fórmula:

R-CH=CH-Xn

donde X es un sustituyente "ciclopentadieno-metal-ciclopentadieno"; el metal se selecciona entre Fe, Ni, Co, Zr, Ru, Cr, Zr, Hf, Ti, Mo, Nb, W y V; n puede estar comprendido entre 1 y 5, preferentemente n es 1 ó 2; y R- es el resto de la molécula de la invención.

En otra realización particular, la molécula presenta la siguiente fórmula:

R-CH=CXnYm

donde X e Y, iguales o distintos entre sí, son un sustituyente "ciclopentadieno-metal- ciclopentadieno"; n y m pueden ser independientemente iguales o distintos entre sí, preferentemente el valor de n+m está comprendido entre 1 y 5, más preferentemente n+m= 1 siendo n=0; ó m+n = 2 siendo n=l y m=l; y R- es el resto de la molécula de la invención.

En general, el efecto batocrómico observado aumenta a medida que aumenta el número de sustituyentes X y/o Y sobre el doble enlace y, asimismo, aumenta el rendimiento del proceso reversible de isomerización cis-trans hasta alcanzar entre el 80 y el 90%.

La molécula de la invención se obtiene mediante un procedimiento conocido por un experto en la materia similar al del Ejemplo 1. Cualquier otra molécula de la invención distinta a la del Ejemplo, puede ser preparada por el experto en la materia a partir de la información que se deriva sin ambigüedad del mismo y de su conocimiento general común. El resto R- de la molécula de la invención es de cualquier naturaleza, y puede comprender uno o más dobles enlaces con a su vez al menos un sustituyente "ciclopentadienilo-metal-ciclopentadienilo". Dicho resto R- está unido al doble enlace mediante enlace covalente. Ejemplos ilustrativos de dicho resto R- de la molécula de la invención incluyen entre otros, una molécula de naturaleza inorgánica, una molécula de naturaleza orgánica, una biomolécula, una estructura supramolecular, tal como un cristal, polvos microcristalinos, compuestos amorfos, polímeros, sílice, alúmina, ópalos sintético etc. En una realización particular R- es de naturaleza orgánica. En una realización preferente dicho resto R- es una molécula dendrímera de cualquier generación. En una realización particular, dicho dendrímero ,es de tipo polipropilenimina de segunda generación (ver Ejemplo 1) que consta de ocho ramificaciones de fórmula (η5- C5H5)Fe(η5-C5H4)-CH=CH-C6H4-C=::N- y se prepara según el procedimiento descrito en el mismo.

Entre las ventajas de la nueva molécula de la invención cabe destacar que el porcentaje de isomerización cis-trans del doble enlace que sufre esta nueva molécula, es superior al 80 ó 90%, y por tanto, mucho más elevado que en los procesos convencionales, en los cuales la isomerización de un doble enlace es típicamente del 40% en condiciones normales. Asimismo, y a diferencia de los dobles enlaces convencionales, independientemente del tiempo de exposición y de la intensidad de la radiación, la molécula de la invención no se degrada. Otra ventaja adicional muy importante de la molécula de la invención es la capacidad por parte del experto en la materia de poder diseñarla fácil y convenientemente en cada caso particular, para que absorba una longitud de onda concreta del espectro de la radiación deseada. Por tanto y de acuerdo con la presente invención es posible variar el número, posición y naturaleza de los sustituyentes "ciclopentadieno-metal-ciclopentadieno", y conseguir que ésta se isomerice frente a una determinada longitud de onda del rango del UV invisible y rindiendo un determinado porcentaje de isomerización cis-trans. La radiación UV invisible para el ojo humano, es nociva para la salud del cuerpo humano, y la detección de su presencia o de una filtración es de suma importancia en lugares donde un mínimo de radiación pueda ocasionar daños graves a personas, procesos o instalaciones. Asimismo, la molécula de la invención puede ser utilizada en diversas aplicaciones tales como interruptor molecular, en almacenaje de información, en el campo de la energía solar, etc. Los siguientes Ejemplos ilustrativos de la invención no deben ser interpretados como limitativos del ámbito de protección de la misma.

EJEMPLOS Ejemplo 1 Síntesis de DAB-(N)g=CH-C6H4-CH=CH-fri5-CgH4)Fe(η5-CgHá)

100 mg (1.293 x 10"? mmol) de un dendrímero tipo propilenimina de segunda generación, DAB-(NH2)S, se disolvieron en 5 mi de CH2Cl2. A esta solución se añadió 0.274 g de jpαm-(2-ferrocenil-etenil)-benzaldehído (1.0345 x 10'3 mmol). La mezcla se calentó a reflujo con agitación durante 5 horas. La mezcla de reacción se diluyó hasta 15 mi con CH2Cl2 depositándose en el interior de una membrana de teflón (tamaño de poro 0.2 nm). La membrana conteniendo el dendrímero se introdujo en diclorometano y se agitó durante 24 horas. Después de este tiempo se extrajo el contenido de la membrana y se evaporó el disolvente obteniéndose el compuesto libre de productos de partida. El compuesto de fórmula 1, fue caracterizado por resonancia magnética nuclear y análisis químico y de combustión.

Fórmula 1