Dual photo- and redox- active molecular switches for smart surfaces

Moleculaire schakelaars zijn organische moleculen waarvan de structuur of conformatie verandert onder interactie met licht of elektrische potentiaal. In de inleiding van dit proefschrift wordt een route naar de ontwikkeling van slimmen oppervlakten geïllustreerd op basis van een aantal belangrijke voorbeelden van zulke moleculaire schakelaars die zowel op licht als op potentiaal reageren. Van bis-thiaxanthylidene overcrowded alkene schakelen door licht en een redox-potentiaal in oplossing de lichtgevende eigenschappen. Opvallend genoeg, vertoont het een hogere stabiliteit van de instabiele conformationele toestanden wanneer het geïmmobiliseerd als een monolaag op goud of indiumtinoxide, hetgeen wordt verklaard door de intermoleculaire reacties in zo`n monolaag. Verder maakt oxidatie naar een di-kationische toestand (2+) de reversibele verandering van de bevochtigingseigenschappen van het oppervlak (een verandering van de contacthoek van water > 30°) mogelijk, hetgeen gebruikt kan worden als een vluchtig moleculair geheugen. Spiropyrans zijn fotochemisch en elektrochemisch schakelende moleculen die al meer dan 60 jaar bekend zijn. Fotochemisch schakelen door UV- of zichtbaar licht wordt typisch gebruikt om dit molecuul in oplossing heen en weer te laten gaan tussen de vorm met de open, respectievelijk de gesloten ring. In dit onderzoek is het ook gelukt om dit reversibel schakelen mogelijk te maken in zelf-geassembleerde monolagen op goud; ook een bundel van nabij IR-licht is succesvol toegepast om ring-opening te veroorzaken. Volgens de literatuur is oxidatie van spiropyrans irreversibel doordat de ring opent en er vervolgens dimerisatie optreedt. Op basis van verschillende spectroscopische technieken laten we in dit proefschrift zien dat dimerisatie van geöxideerd spiropyran in oplossing inderdaad wel gebeurt; echter niet in de vorm met de open ring, maar juist in die met de gesloten ring. Opvallend genoeg zijn ook in monolagen op goud intermoleculaire interacties gunstig voor zulke oxidatieve dimerisatie. Daarom kunnen monolagen van spiropyran die zowel reageren op licht, als op redox-potentiaal, gebruikt worden om een moleculaire schrijf-lees-wis geheugenstoepassing te ontwikkelen.