Синтез и изследване на сензорен бензимидазонафталимиден флуорофор


Категория на документа: Други


Под действието на флуоридния анион става депротониране на азотния атом в 4-позиция. В следствие от това се повишава значително електронната плътност при N-атом, с което се засилва електрон-донорния му характер. Налице е батохромно отместване в абсорбционния спектър, което се изразява с промяна в цвета.

3. Молекулни логически устройства

Работата на компютрите е базирана на Булева логика. Цялата информация е кодирана като серии от нули и единици. Логическите елементи са основните компоненти, отговорни за информационната обработка. Те са полупроводникови устройства- транзистори, които функционират като прекъсвачи, чиито изходен сигнал (0 или 1) зависи от условията на вход (ниско или високо електрическо напрежение). За всеки сигнал се установява прагова стойност и логическа конвенция (норма). В положителната логическа конвенция се използва 0, за означаване на сигнал, който е под праговата стойност и 1 за сигнал, който е над нея. Например за даден електрически сигнал, могат да се установят прагова стойност 5 волта и положителна логическа конвенция. Стойност от 7 волта би била над праговата стойност и би отговаряла на 1. Стойност от 2 волта ще бъде под прага и ще отговаря на 0. Използвайки подобни предложения, логическите схеми в микропроцесорните системи обработват двоична информация чрез поредици от логически елементи. Символите използвани за представянето на трите основни логически елемента и таблиците за истинност, за представени на фиг.15.

Фиг.15. Символите използвани за представянето ма трите основни логически елемента и таблиците за истинност.

Тези устройства изпълняват трите основни логически операции И (AND или конюкция), отрицание (NOT) и ИЛИ (OR или дизюнкция). Операторът за отрицание преобразува входния сигнал А в изходен сигнал С. Когато А е 0, С е 1, когато А е 1,С е 0. Поради обратната връзка между входните и изходнте стойности, логическият елемент за отрицание често се нарича инвертор. Логическият елемент AND комбинира 2 входни сигнала(А и В) в един изходен С. Когато двата сигнала са 1, С е 1, а в останалите случаи С е 0. Операторът "или" също комбинира два входни сигнала А и В в изходния сигнал С. Когато А и/или В е 1, С е 1. Когато А и В са 0, С е 0.
Тъй като само тези три елемента не са достатъчни да се извършат всички логически функции, NOT, AND и OR операторите могат да се комбинират в логически схеми, които се подчиняват на различни таблици за истинност. NOR логическият елемент (фиг.16) отговаря на обърнатата функция на OR логическия елемент и следователно може да се конструира чрез свързване на изхода на OR елемента с входа на NOT елемента. Като резултат двата входни сигнала се преобразуват в изходния чрез две последователни логически операции. По сходен начин NAND логическия елемент (фиг.16) се конструира чрез свързване на изхода на AND елемент с входа на NOT елемент. NOR и NAND логическите елементи се наричат още "универсални функции", тъй като всички възможни логически операции могат да бъдат извършени използвайки сао тези два елемента.

Фиг. 16. Символите използвани за представянето на NAND и NOR логическите елементи и таблиците за истинност.

Други важни комбинаторни логически схеми са XOR и XNOR елементите (Фиг. 17), които представляват изключващата функция и INHIBIT(INH) (Фиг. 18). XOR оператора е особенно важен, тъй като може да сравнява цифровото състояние на два входни сигнала. Ако те са различни изходния сигнал Z е 1, докато ако са еднакви Z е 0. С помощта на XOR и AND елементи може да се конструира полусуматор (half-adder).
XNOR логическият елемент представлява обратната функция на XOR, така че когато двата входни сигнала имат една и съща стойност Z е 1, а когато са различни Z е 0.

Фиг. 17. Символите използвани за представянето на XOR и XNOR логическите елементи и таблици за истинност.

INH елементите всъщност са AND елементи, в които единият от входните сигнали е обърнат през NOT елемент.

Фиг. 18. Символът използван за представянето на INH логическият елемент и таблицата за истинност.

Скоростта на съвременните компютри е постигната чрез миниатюризирането на електронните компоненти до размери от порядъка на няколко стотин нанометра. По този начин електроните изминават по-късо разстояние, следователно по-бързо. Поради този факт развитието на компютрите следва закона на Мур (изказан през 1965 година от един от основателите на Intel Гордън Мур), според който броят на транзисторите в интегралните схеми ще се удвоява на всеки 2 години. Неговото предположение се доказва като невероятно точно и законът се използва в полупроводниковата индустрия за да насочва дългосрочното планиране и поставяне на цели за проучване и разработка. На 13 април 2005 година Гордън Мур заяви в интервю, че законът не може да бъде валиден за неопределено време. Съвременната VLSI (Very Large Scale Integration) технология достига своите принципни лимити. Днес е възможно да се поберат над 300 милиона транзистора на един единствен силиконов чип. Допълнитената миниатюризация среща редица физични проблеми като тунелен ефект, горещи електрони, електрически взрив и др. Ето защо съществува търсене на алтернативи в световен мащаб. Напоследък, разработването на молекулни устройства способни да извършват логически операции доби широк интерес. През послените години, някои компании и няколко университетски лаборатории, започнаха да се занимават с идеята за конструирането на компютри, в които изчисленията да се извършват от отделни молекули. Първото предложение за извършването на логически операции на молекулно ниво е направено през 1988 г. , но тази научна сфера се разви 5 години по-късно когато аналогията между молекулните сензори и логическите елементи беше експериментално демонстрирана.

Молекулните превключватели преобразуват стимулацията на входа в изходни сигнали. Следователно принципите на двоичната логика могат да бъдат приложени за сигналната трансдукция извършена от тези системи. В молекулните превключватели, стимулацията обикновено се извършва чрез оптически, електрически или химически сигнали на входа и получените изходни сигнали отново са оптически, електрически или химически, но повечето от описаните примери са базирани на флуоресцентно превключване дължашо се на ФЕТ(Фотоиндуциран Електронен Трансфер). Следователно изследването на нови флуоресцентни молекулни сензори полага основите за развитието на високо функционална интеграционна молекулно изчислителна платформа.
В сравнение с традиционните силиконово-базирани електронни устройства, молекулните изчислителни устройства са все още ограничени откъм скоростта и изчислителната мощност, но те проявяват някои други съществени и значителни потенциални предимства. Първо молекулите са малки по размер, далеч по- малки от конвенционалните електронни логически елементи, което превръща молекулната платформа в потенциален кандидат за имитирането на функциите на много операции за цифрова обработка в малък мащаб и с увеличена интеграция на логическите схеми. Паралелизма е способност на системата да извършва повече от една операция едновременно. Електронната компютърна архитектура в повечето случаи е последователна, тоест инструкциите се изпълняват последователно. Това означава, че паралелизма в електрониката е трудно осъществима. Паралелизъм се появява за пръв път в суперкомпютрите на Cray Inc. в началото на 80-те години на 20 век. Използвани са два процесора, свързани с паметта на компютъра, за да се осъществи паралелизъм и за да се увеличи скоростта до повече от 10 Гб/Сек. По-късно е установено, че повечето процесори не винаги повишават изчислителната скорост, а могат всъщност да бъдат нежелателни. Това е така, защото колкото повече процесори се използват, толкова повече време се губи в комуникация. Чрез оптичните методи паралелната обработка на данни може да се извършва много по-лесно и евтино в сравнение с електронните сиситеми, тъй като фотоните са незаредени и не взаимодействат един с друг за разлика от електроните. Следователно светлинните лъчи могат да преминават едни през други в пълен дуплекс без да нарушават преноса на информация. При молекулните логически системи, входните и изходните сигнали обикновенно са хетерогенни, поради което се избягва взаимодействието между входа на един елемент и изхода на друг, докато при традиционните електронни устройства сложни логически операции се реализират чрез физичната връзка между трите основни силикон-базирани логически единци.Също така комбинаторните логически функции изискващи многобройни AND, NOT и OR елементи могат да бъдат интегрирани в един единствен молекулен превключвател.

Съществуващите резултати демонстрират, че химичните системи могат да обработват двоична информация чрез химични, електрически и/или оптични сигнали. Въпреки това тези молекулни превключватели, до този момент, остават далеч от каквото и да било приложение в информационните технологии. Интеграцията на течни компоненти в дигиталните схеми определено не е практично. Практическо приложение в електрониката и фотониката може да се появи едва след значителни фундаментални проучвания върху различни аспекти от това изследователско поле. Едно от големите предизвикателства е идентифицирането на методи за инкорпориране на тези функционални молекули в твърдотелни устройства, запазвайки техните сигнал-преобразуващи свойства. Съществуващите прототипи и възнакналите методи за разширяване на тези концепции от изолирани молекулни превключватели до химични мрежи са много окуражаващи. Може да се предвиди конструирането на наноелектронни схеми и изцяло оптични мрежи от молекулни компоненти. Времето ще покаже дали и как тези молекулни превключватели ще станат основните компоненти на бъдещите логически устройства. В крайна сметка химичните компютри вече съществуват. Всички ние носим по един в своите глави.

II. РЕЗУЛТАТИ И ОБСЪЖДАНЕ

Направената до тук литературна справка показва, че производните на бензимидазо-нафталимида са off-on-off pH сензорни флуорофори, базирани на вътрешен пренос на заряд. Този клас флуорофори предизвиква интерес в молекулните логически устройства, поради многоканалните си сензорни свойства , чрез които могат да изпълняват не само прости логически функции, но дори и логически операции (например събиране).

Във връзката с целта на настоящата дипломна работа, бе поставена задачата да се синтезира сензорен бензимидазонафталимиден флуорофор, действащ посредством ВПЗ и да се изследва неговото логическо поведение.

Съединението, обект на настоящата работа, може да бъде представено със следната структурна формула:

Фигура 1. Структурна формула на сензор 3

1.Синтез на нитробензимидазонафталимид

Новият сензор бе синтезиран в 2 етапа. Първо се получава междинният 4-нитро-бензимидазонафталимид 2 по извесна методика. Чрез кондензация на 4-нитронафталов анхидрид и фенилендиамин се получава желаният от нас 4-нитро-бензимидазонафталимид. Реакцията се провежда при кипене в среда на ледена оцетна киселина за 4 часа (Схема 1).

Схема 1

2.Синтез на 2-аминоетиламино-бензимидазонафталимид

Целевят жълто емитиращ 2-аминоетиламино-бензимидазонафталимид беше получен след нуклеофилно заместване на нитро групите в нитробензимидазонафталимид с хидразинхидрат (Схема 2). Реакцията беше проведена при температура на кипене на реакционната смес 3 часа.

Схема 2




Сподели линка с приятел:





Яндекс.Метрика
Синтез и изследване на сензорен бензимидазонафталимиден флуорофор 9 out of 10 based on 2 ratings. 2 user reviews.