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Mehrfarbige Emitter DOI: 10.1002/ange.200701948 Verknüpfung von Mikrokristallen durch kooperative koordinative Wechselwirkungen** Zoran Popovic ´, Michael Busby, Stefan Huber, Gion Calzaferri und Luisa De Cola* Professor Fritz VɆgtle gewidmet Der Prozess der Selbstorganisation, der zum Aufbau kom- plexer Strukturen genutzt wird, die durch Standardsynthese- verfahren nicht zugȨnglich sind, wurde intensiv auf moleku- larer Ebene erforscht. [1–4] Durch die Verwendung von Mole- kɒlen als Baueinheiten wurden Architekturen erzeugt, deren Eigenschaften nicht in ihren molekularen Komponenten enthalten sind. [5, 6] In letzter Zeit verlagert sich die Aufmerk- samkeit immer mehr von Molekɒlen auf Nanoobjekte, [7] Nanopartikel, [8] NanorɆhren [9] und NanoplȨttchen, [10] die ganz analog zu ein- (1D) oder zweidimensionalen (2D) An- ordnungen verknɒpft werden kɆnnen. Allerdings ist die Steuerung des Wachstumsprozesses (mit dem Ziel der Bil- dung großer endlicher Struktureinheiten) eine schwierige Aufgabe. Die Verknɒpfung nanometergroßer Objekte zu grɆßeren Einheiten schlȨgt eine Brɒcke zwischen der mole- kularen und mikroskopischen Welt. [11, 12] Hier berichten wir ɒber die vielseitige Verwendung von Zeolith-L-Kristallen als Komponenten fɒr Selbstorganisa- tionsprozesse durch polyvalente Wechselwirkungen. Her- ausragende Eigenschaften dieser Kristalle sind ihre optische Transparenz, Festigkeit, definierte Morphologie sowie die einfache chemische Funktionalisierung. Zeolithe sind porɆse Materialien bestehend aus miteinander verknɒpften SiO 4 - und AlO 4 -Tetraedern, die eine negativ geladene Kanalstruk- tur bilden, [13, 14] sowie austauschbaren Kationen innerhalb der KanȨle. Die Kristalle kɆnnen in GrɆßenordnungen von 30 nm bis zu einigen Mikrometern und in unterschiedlichen Seitenver- hȨltnissen hergestellt werden, die zu Zylindern oder Scheiben fɒhren. [15] Zahlreiche kationische und neutrale Molekɒle sind in der Lage, durch die 0.71 nm großen Ȕffnungen in die KanȨle einzudringen und in den Kristall zu interkalieren. [16] Die KanalɆffnungen kɆnnen spezifisch funktionalisiert werden, [17] wodurch sich die MɆglichkeit ergibt, die Kristalle zu stabfɆrmigen Aggregaten anzuordnen. Hier zeigen wir, wie die koordinativen Wechselwirkungen zwischen Zn 2+ und einem an der KanalɆffnung angebrachten Terpyridinliganden genutzt werden kɆnnen, um eindimensionale Zeolithanord- nungen zu erzeugen (Schema 1 a). Die Verwendung von Zn 2+ als „chemischer Kleber“ fɒr Terpyridin-funktionalisierte Zeolithe ist aus drei Grɒnden vorteilhaft: 1) Die Komplexierung/Dekomplexierung zwi- schen Zn 2+ und Terpyridin ist dynamisch und reversibel; [18–20] 2) die Komplexierung fɒhrt zu einer ausgeprȨgten Ɛnderung der photophysikalischen Eigenschaften (z.B. der Absorption und Emission); [21, 22] 3) die Zn-Terpyridinkomplexe haben Schema 1. a) Strukturen der fɒr die Zeolithverknɒpfung verwendeten Komponenten. b) Die Fluoreszenzfarbstoffe Pyronin (links) und Oxonin (rechts), die in die ZeolithkanȨle eingebracht werden. [*] Z. Popovic ´, Dr. M. Busby, Prof. Dr. L. De Cola Physikalisches Institut und Center for Nanotechnology, CeNTech WestfȨlische Wilhelms-UniversitȨt Mɒnster Heisenbergstraße 11, 48149 Mɒnster (Deutschland) Fax: (+ 49) 251-980-2834 E-Mail: [email protected] Homepage: http://www.uni-muenster.de/physik.pi/decola/ Dr. S. Huber, Prof.Dr. G. Calzaferri Departement fɒr Chemie und Biochemie, UniversitȨt Bern Freiestraße 3, 3012 Bern (Schweiz) [**] Diese Arbeit wurde unterstɒtzt durch die WestfȨlische Wilhelms- UniversitȨt Mɒnster, das Ministerium fɒr Innovation, Wissenschaft, Forschung und Technologie des Landes Nordrhein-Westfalen, das BMBF-Projekt INDIA (Nr. 03X0015), „Nanomatch“ (Nr. MRTN-CT- 2006-035884, EuropȨische Kommission) und den Schweizerischen Nationalfonds zur FɆrderung der wissenschaftlichen Forschung, Projekt NF 200020-105140. M.B. dankt der Alexander von Hum- boldt-Stiftung fɒr ein Stipendium. Wir danken Dr. Dingyong Zhong fɒr die Hilfe bei den REM-Messungen, Dr. Aranzazu Zabala Ruiz fɒr die Zeolithherstellung und Prof. R. Peters, WestfȨlische Wilhelms- UniversitȨt Mɒnster, fɒr die Benutzung des Konfokalmikroskops. Hintergrundinformationen zu diesem Beitrag sind im WWW unter http://www.angewandte.de zu finden oder kɆnnen beim Autor angefordert werden. Zuschriften 9056 # 2007 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim Angew. Chem. 2007, 119, 9056 –9060 &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& Nutzen Sie die blauen Literaturverknɒpfungen &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&

Verknüpfung von Mikrokristallen durch kooperative koordinative Wechselwirkungen

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Page 1: Verknüpfung von Mikrokristallen durch kooperative koordinative Wechselwirkungen

Mehrfarbige EmitterDOI: 10.1002/ange.200701948

Verkn�pfung von Mikrokristallen durch kooperative koordinativeWechselwirkungen**Zoran Popovic, Michael Busby, Stefan Huber, Gion Calzaferri und Luisa De Cola*

Professor Fritz V#gtle gewidmet

Der Prozess der Selbstorganisation, der zum Aufbau kom-plexer Strukturen genutzt wird, die durch Standardsynthese-verfahren nicht zug�nglich sind, wurde intensiv auf moleku-larer Ebene erforscht.[1–4] Durch die Verwendung von Mole-k)len als Baueinheiten wurden Architekturen erzeugt, derenEigenschaften nicht in ihren molekularen Komponentenenthalten sind.[5,6] In letzter Zeit verlagert sich die Aufmerk-samkeit immer mehr von Molek)len auf Nanoobjekte,[7]

Nanopartikel,[8] Nanor4hren[9] und Nanopl�ttchen,[10] dieganz analog zu ein- (1D) oder zweidimensionalen (2D) An-ordnungen verkn)pft werden k4nnen. Allerdings ist dieSteuerung des Wachstumsprozesses (mit dem Ziel der Bil-dung großer endlicher Struktureinheiten) eine schwierigeAufgabe. Die Verkn)pfung nanometergroßer Objekte zugr4ßeren Einheiten schl�gt eine Br)cke zwischen der mole-kularen und mikroskopischen Welt.[11,12]

Hier berichten wir )ber die vielseitige Verwendung vonZeolith-L-Kristallen als Komponenten f)r Selbstorganisa-tionsprozesse durch polyvalente Wechselwirkungen. Her-ausragende Eigenschaften dieser Kristalle sind ihre optischeTransparenz, Festigkeit, definierte Morphologie sowie dieeinfache chemische Funktionalisierung. Zeolithe sind por4seMaterialien bestehend aus miteinander verkn)pften SiO4-und AlO4-Tetraedern, die eine negativ geladene Kanalstruk-

tur bilden,[13,14] sowie austauschbaren Kationen innerhalb derKan�le.

Die Kristalle k4nnen in Gr4ßenordnungen von 30 nm biszu einigen Mikrometern und in unterschiedlichen Seitenver-h�ltnissen hergestellt werden, die zu Zylindern oder Scheibenf)hren.[15] Zahlreiche kationische und neutrale Molek)le sindin der Lage, durch die 0.71 nm großen Cffnungen in dieKan�le einzudringen und in den Kristall zu interkalieren.[16]

Die Kanal4ffnungen k4nnen spezifisch funktionalisiertwerden,[17] wodurch sich die M4glichkeit ergibt, die Kristallezu stabf4rmigen Aggregaten anzuordnen. Hier zeigen wir,wie die koordinativen Wechselwirkungen zwischen Zn2+ undeinem an der Kanal4ffnung angebrachten Terpyridinligandengenutzt werden k4nnen, um eindimensionale Zeolithanord-nungen zu erzeugen (Schema 1a).

Die Verwendung von Zn2+ als „chemischer Kleber“ f)rTerpyridin-funktionalisierte Zeolithe ist aus drei Gr)ndenvorteilhaft: 1) Die Komplexierung/Dekomplexierung zwi-schen Zn2+ und Terpyridin ist dynamisch und reversibel;[18–20]

2) die Komplexierung f)hrt zu einer ausgepr�gten Inderungder photophysikalischen Eigenschaften (z.B. der Absorptionund Emission);[21,22] 3) die Zn-Terpyridinkomplexe haben

Schema 1. a) Strukturen der f�r die Zeolithverkn�pfung verwendetenKomponenten. b) Die Fluoreszenzfarbstoffe Pyronin (links) undOxonin (rechts), die in die Zeolithkan/le eingebracht werden.

[*] Z. Popovic, Dr. M. Busby, Prof. Dr. L. De ColaPhysikalisches Institut und Center for Nanotechnology, CeNTechWestf/lische Wilhelms-Universit/t M�nsterHeisenbergstraße 11, 48149 M�nster (Deutschland)Fax: (+49)251-980-2834E-Mail : [email protected]: http://www.uni-muenster.de/physik.pi/decola/

Dr. S. Huber, Prof. Dr. G. CalzaferriDepartement f�r Chemie und Biochemie, Universit/t BernFreiestraße 3, 3012 Bern (Schweiz)

[**] Diese Arbeit wurde unterst�tzt durch die Westf/lische Wilhelms-Universit/t M�nster, das Ministerium f�r Innovation, Wissenschaft,Forschung und Technologie des Landes Nordrhein-Westfalen, dasBMBF-Projekt INDIA (Nr. 03X0015), „Nanomatch“ (Nr. MRTN-CT-2006-035884, Europ/ische Kommission) und den SchweizerischenNationalfonds zur FKrderung der wissenschaftlichen Forschung,Projekt NF 200020-105140. M.B. dankt der Alexander von Hum-boldt-Stiftung f�r ein Stipendium. Wir danken Dr. Dingyong Zhongf�r die Hilfe bei den REM-Messungen, Dr. Aranzazu Zabala Ruiz f�rdie Zeolithherstellung und Prof. R. Peters, Westf/lische Wilhelms-Universit/t M�nster, f�r die Benutzung des Konfokalmikroskops.

Hintergrundinformationen zu diesem Beitrag sind im WWW unterhttp://www.angewandte.de zu finden oder kKnnen beim Autorangefordert werden.

Zuschriften

9056 � 2007 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim Angew. Chem. 2007, 119, 9056 –9060

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entweder eine 1:1-[18] oder eine 1:2-St4chiometrie,[23] wobei inletzterem Fall stabf4rmige oktaedrische Komplexe resultie-ren. Die reversible Art der Bindung versetzt die aggregie-renden Kristalle in die Lage, ihre Oberfl�chenwechselwir-kungen zu maximieren, und die Emissions�nderung kann alsSonde genutzt werden, um den Fortschritt der Verkn)pfunganzuzeigen. Die Synthese und Charakterisierung des Terpy-ridinliganden (Bitpy-CONHBu) und des Zink-Komplexessind in den Hintergrundinformationen beschrieben. In Etha-noll4sung zeigt der freie Ligand Bitpy-CONHBu eine breiteAbsorptionsbande (p-p*) mit einem Maximum bei 296 nm(Abbildung 1a), das sich durch die Komplexbildung mit ZnII-Ionen zu gr4ßeren Wellenl�ngen verschiebt (329 nm) (Ab-bildung 1b). Die Emission des freien Terpyridinliganden hatein Maximum bei 363 nm (Abbildung 1c) und klingt mono-exponentiell ab (t = 1.2 ns). Der freie Ligand hat eineQuantenausbeute von fem = 0.45. Bei der Komplexierungmit Zn(ClO4) – unter Bildung von [Zn(Bitpy-CONHBu)2]-

(ClO4)2 (Schema 1a) – wird eine Rotverschiebung derEmission nach 431 nm beobachtet (Abbildung 1d), wobei dieQuantenausbeute stark ansteigt (fem= 0.84 mit t = 2.1 ns).

Ein �hnliches Verhalten erwarteten wir auch f)r dieKomplexierung der mit dem Bitpy-Liganden funktionalisier-ten Zeolithe. Die starke Emission des Komplexes kann indem Fall genutzt werden, um die Komplexbildung mit Zn2+

und damit die Verkn)pfung der Zeolithbausteine zuverfolgen. Die Strategie zur Verkn)pfung der Zeolith-L-Kristalle ist in Abbildung 2a dargestellt. AminoterminierteKristalle (Details der Synthese finden sich in denHintergrundinformationen) wurden mit dem Succinimid-ak-tivierten Ester des Bitpy-Liganden umgesetzt, wodurch dieTerpyridin-terminierten Zeolith-L-Kristalle erhalten wurden.Diese wurden dann in Methanol mit Zn2+ umgesetzt, wobeiKomplexbildung stattfindet und die Zeolithe verkn)pftwerden.

Der Vorgang wurde durch Epifluoreszenzmikroskopiemit Probenanregung im UV-Bereich untersucht (Abbil-dung 2b,c). Die unkomplexierten Terpyridin-terminiertenKristalle zeigten eine schwache blaue Emission (�hnlich wiedie freien Liganden in L4sung), die an den Kristallenden lo-kalisiert ist. Es war zu sehen, dass die Kristalle zuf�llig in derProbe verteilt sind (Abbildung 2b). Nach Zugabe von Zink-ionen wurden geordnete, ebenfalls blau fluoreszierendeStrukturen beobachtet (Abbildung 2c). Die Emission dieserlinearen Strukturen ist am intensivsten an den Enden undzwischen den einzelnen Bausteinen, was auf das Vorliegenvon chemisch gebundenen Zn2+-Komplexen schließen l�sst.Tats�chlich entspricht das Emissionsspektrum dem des[Zn(Bitpy-CONHBu)2]-Komplexes, was belegt, dass es sichum die gleiche Koordinationsgeometrie handelt (Abbildun-gen 1d und 3a).

Die geometrische Anordnung der Kristalle wurde durchRasterelektronenmikroskopie (REM) untersucht. Tats�ch-lich ist klar zu erkennnen, dass die Kristalle eindimensionalangeordnet sind (Abbildungen 2d–f). Die Aggregate be-standen aus bis zu f)nf Kristallen; in den meisten F�llen

Abbildung 1. a,b) Absorptionsspektren von Bitpy-CONHBu (a) und[Zn(Bitpy-CONHBu)2](ClO4)2 (b). c,d) Emissionsspektren(lex=295 nm) von Bitpy-CONHBu (c) und [Zn(Bitpy-CONHBu)2]-(ClO4)2 (d). Alle Spektren wurden in bel�ftetem Ethanol aufgenom-men.

Abbildung 2. Verkn�pfung der Zeolith-L-Kristalle. a) Zeolith-L-Kristalle mit Terpyridin-Endgruppen (Bitpy-CONHZeo) wurden mit Zn2+ gemischt,um so die Selbstorganisation auszulKsen. Jeder Zeolith besteht aus tausenden von Kan/len, sodass tausende Komplexe gebildet werden kKnnen;zur besseren Obersicht ist nur ein Kanal gezeigt. b) Mikroskopaufnahme von ungeordneten Bitpy-CONHZeo-Kristallen. c) Mikroskopaufnahmenach Zusatz von ZnCl2. d–f) REM-Bilder von aggregierten Kristallen (Zn-Bitpy-CONHZeo).

AngewandteChemie

9057Angew. Chem. 2007, 119, 9056 –9060 � 2007 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim www.angewandte.de

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waren es zwei oder drei Kristalle, die verkn)pft waren. DieReaktionsparameter (Temperatur, Reaktionszeit, Verh�ltnisder Reaktanten usw., siehe Hintergrundinformationen)wirken sich nicht auf die Verteilung aus. Die REM-Aufnah-men belegen, dass die verkn)pften Kristalle )ber ihre ge-samte Stirnseite miteinander verbunden sind, sodass dieM4glichkeit ausgeschlossen werden kann, dass die Anord-nung durch Verdampfen des L4sungsmittels oder anderephysikalische Prozesse zustande gekommen ist. Dies wirddurch die Beobachtung untermauert, dass Proben ohne Zn2+

unter den experimentellen Bedingungen keine geordnetenAggregate bilden. Auch die Beobachtung, dass die Aggregateim Immersions4l des Mikroskops eine Taumelbewegungausf)hren, deutet darauf hin, dass die Kristalle chemischverkn)pft sind. Es wird angenommen, dass die Verkn)pfungentscheidend von der Ebenheit der Kristallstirnseiten ab-h�ngt, zumal die Wechselwirkung auf der Nanometerebenestattfindet. Daher scheint es wichtig, qualitativ hochwertigeKristalle mit flachen Stirnseiten zu verwenden, da sichnichtperfekte Kristalle schlecht oder gar nicht verbinden.

Die bis hierhin untersuchten Kristalle enthielten in ihrenKan�len lediglich L4sungsmittelmolek)le und Ionen. Wiebereits mehrfach gezeigt wurde, besteht nun aber die M4g-lichkeit, die Kan�le mit Farbstoffmolek)len zu bef)llen.Diesem Konzept folgend wurden der gr)n emittierendeFarbstoff Pyronin (Py, lem= 518 nm; siehe dieHintergrundinformationen) und das rot emittierende Oxonin(Ox, lem= 604 nm; Strukturen siehe Schema 1) in die Kan�levon Zeolith L eingef)hrt. Die anschließende Funktionalisie-rung mit dem Bitpy-Liganden ergab die Bausteine Bitpy-CONHZeo(Py) bzw. Bitpy-CONHZeo(Ox). Ihnlich wie beiden ungef)llten Zeolithen f)hrt die Zugabe von Zn2+ zuentweder Bitpy-CONHZeo(Py) oder Bitpy-CONHZeo(Ox)zu stark emittierenden eindimensionalen Strukturen mitgr)nen bzw. roten Wiederholungseinheiten.

Weitere Studien hatten zum Ziel, verschiedenfarbigeKristalle abwechselnd anzuordnen. Hierzu wurden die Bitpy-CONHZeo(Py)-Kristalle mit einem 1000fachen Pberschussan Zn2+ in Bezug auf die Bitpy-Gruppen umgesetzt, um soeinfach koordinierte Zn-terpy-Komplexe zu erzeugen. Eine

mikroskopische Analyse ergab, dass sich die Zeolithe indiesem Stadium nicht verkn)pft hatten, was auf das Vorliegenkoordinativ unges�ttigter Zinkionen hinweist.[18] Im n�chstenSchritt wurde der Pberschuss an Zn2+ durch mehrfachesZentrifugieren aus der L4sung entfernt. Daraufhin wurdeeine gleiche Menge von Bitpy-CONHZeo(Ox) zu den koor-dinativ unges�ttigten Zn-Bitpy-CONHZeo(Py)-Kristallengegeben. Eine REM-Analyse belegte erneut, dass sich An-ordnungen aus zwei bis f)nf Kristallen gebildet hatten, wobeiin den allermeisten F�llen zwei oder drei Zeolithe verkn)pftwaren. Beispiele f)r heterochrome Proben sind in Abbil-dung4 gezeigt. Obwohl die Synthese so geplant war, dass

ausschließlich Aggregate aus abwechselnd rot und gr)nemittierenden Zeolithen entstehen sollten, zeigte eine Ana-lyse eine 1:1-Verteilung von homo- (nur rot oder nur gr)n)und heterochromen Anordnungen, was darauf hinweist, dassZink die Bitpy-Gruppen „durcheinanderw)rfelt“. Die REM-Analyse der L4sung ergab, dass eine große Zahl von Aggre-gaten entsteht (Hintergrundinformationen) und dass dieZeolithe auch tats�chlich )ber die Bitpy-funktionalisiertenStirnseiten verkn)pft sind.

Angesichts der spektralen Pberlappung und der engenr�umlichen Nachbarschaft zwischen dem blau emittierendenZn-Bitpy und dem gr)nen Py-Farbstoff in den Zeolithenuntersuchten wir einen m4glichen elektronischen Energie-transfer, der bei einer Anregung des Komplexes auftretenk4nnte. Proben von Zn-Bitpy-CONHZeo(Py) und Zn-Bitpy-CONHZeo, die unter identischen Bedingungen mit gleicherZahl an Bitpy-CONHZeo-Gruppen hergestellt wurden,wurden bei 320 nm angeregt, und beide zeigten die blaue Zn-Bitpy-Emission bei 420 nm. Beim Bitpy-CONHZeo(Py)-System wurde zudem noch die intensive Emission des Pyro-nins bei 535 nm beobachtet (Abbildung 3a,c). Die gleiche

Abbildung 3. a,c) Emissionsspektren (lex=320 nm in Ethanol) von Zn-Bitpy-CONHZeo (a) und Zn-Bitpy-CONHZeo(Py) (c). b) Absorptions-spektrum von Pyronin in Wasser.

Abbildung 4. a) Konfokale Aufnahme von gemischten [Bitpy-CONH-Zeo(Ox)]-[Bitpy-CONHZeo(Py)]-Paaren. b) VergrKßerte Aufnahme einesPy-Ox-Zeolithpaars. c) VergrKßerte Aufnahme eines Ox-Py-Ox-Zeolith-tripels.

Zuschriften

9058 www.angewandte.de � 2007 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim Angew. Chem. 2007, 119, 9056 –9060

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gr)ne Emission wurde auch in einer Kontrollprobe vonnichtfunktionalisiertem pyroninbeladenem Zeolith gemes-sen, was darauf hindeutet, dass eine spezifische Anregung desDonors nicht m4glich ist. Die schw�chere Intensit�t der Zn-Bitpy-Emission im Py-haltigen Zeolith weist auf einen parti-ellen Energietransfer hin, der mindestens 75% des angereg-ten Zustands l4scht.

Aufgrund der Tatsache, dass wir eine Emission von Zn-Komplexen in singul�ren, nichtverkn)pften Zeolithen nichtausschließen k4nnen, lassen die Emissionsspektren keinequantitative Aussage zu, sodass wir zeitaufgel4ste Emissi-onsmessungen durchgef)hrt haben (bei lex= 295 nm undlem= 420 nm). Das Abklingverhalten des farbstofffreien Zn-Bitpy-Zeolith-Systems kann durch eine monoexponentielleFunktion angeglichen werden, die eine Lebensdauer von1.8 ns liefert. Dieser Wert ist in guter Pbereinstimmung mitder in L4sung gemessenen Lebensdauer des freien [Zn-Bitpy-CONHBu)2](ClO4)2-Modellsystems. Das Abklingverhaltendes farbstoffhaltigen Zn-Bitpy-Zeo(Py) wurde unter dengleichen Bedingungen gemessen, wobei ein diexponentiellerVerlauf mit einer Hauptkomponente von 2.6 ns Lebensdauer(65%) und einer zweiten Komponente von nur 670 ps Le-bensdauer (35%) erhalten wurde. Wir schreiben die l�ngereLebensdauer dem Abklingen des gel4schten angeregten Zu-stands von Zn-Bitpy zu. Die kurzlebigere Komponente istwahrscheinlich einem F4rster-Energietransfer von den ange-regten Zn-Bitpy-Gruppen an den Kanaleing�ngen auf dien�chsten Pyroninmolek)le in den Kan�le zuzuordnen.[16]

Wir haben hier gezeigt, wie sich durch chemische Modi-fikation von Zeolith-L-Kristallen eine geometrische Kon-trolle erzielen l�sst, die )ber die M4glichkeiten der Modifi-kation einzelner Kristalle hinausgeht. Es wurden eindimen-sionale Anordnungen von Zeolith-L-Kristallen hergestellt,die durch multiple koordinative Wechselwirkungen zusam-mengehalten werden. Die Reversibilit�t der koordinativenBindung erm4glicht es den Anordnungen, die Wechselwir-kungen zwischen den Kristallen zu maximieren. Durch Ein-f)hrung von Fluorophoren in die Zeolithkan�le wurdenmehrfarbige Systeme erzeugt, die sich in ihren Eigenschaftenvon den Einzelkristallen unterscheiden k4nnen. Dies wurdeanhand der L4schung des Energietransfers von der Zn-Bitpy-Einheit untersucht. M4gliche Anwendungen dieser Systemereichen von Mikro-Strichcodes f)r Bio-Imaging und als Bio-Marker[24] bis hin zu unidirektionalen Lichtsammelsyste-men.[16,25] Bis dato haben wir nur die Anwendung koordina-tiver Bindungen f)r die Verkn)pfung von Zeolithkristallenuntersucht – es sind aber sowohl andere Arten von verbin-denden Wechselwirkungen als auch die Verkn)pfung unter-schiedlichster Objekte vorstellbar.[27]

ExperimentellesAlle Reagentien wurden kommerziell bezogen und ohne Aufreini-gung verwendet, sofern nicht anders angegeben. Die Absorptions-spektren wurden mit einem UV/Vis-NIR-DoppelstrahlspektrometerVarian Cary5000 mit Grundlinienkorrektur aufgenommen. ZurAufnahme der station�ren Emissionsspektren wurde das Spektro-meter Horiba Jobin-Yvon IBH FL-322 Fluorolog 3 verwendet, aus-gestattet mit einer 450-W-Xenonlampe, Anregungs- und Emissions-monochromatoren mit Doppelgitter (2.1 nmmm�1 Dispersion, 1200

Furchenmm�1) und einem Einphotonendetektor TBX-4-X. DieEmissionsspektren wurden hinsichtlich der Intensit�t der Quelle(Lampe und Gitter) und der spektralen Antwort (Detektor undGitter) mit Standardverfahren korrigiert. Die zeitaufgel4sten Mes-sungen wurden mit der zeitbezogenen Einphotonenz�hloption(TCSPC) des Fluorolog3 durchgef)hrt. Nano-LEDs (295 oder431 nm; FWHM< 750 ps) mit Wiederholungsfrequenzen zwischen10 kHz und 1 MHz wurden zur Probenanregung verwendet. DieAnregungsquellen wurden direkt in der Probenkammer in einem 908-Winkel zu einem Doppelgitter-Emissionsmonochromator(2.1 nmmm�1 Dispersion; 1200 Furchenmm�1) montiert und mit demTBX-4-Einphotonendetektor gesammelt. Die am Detektor gesam-melten Photonen wurden durch einen Zeit-Amplitude-Konverterzum Anregungspuls korreliert. Die Signale wurden mit dem Photo-nenz�hlmodul IBH DataStation Hub gesammelt und die Daten mitkommerziell erh�ltlicher Software (DAS6, Horiba Jobin Yvon IBH)ausgewertet. Die G)te des Angleichs wurde durch Minimierung derreduzierten c2-Funktion und Pberpr)fung der gewichteten Restebewertet. Lumineszenzquantenausbeuten wurden in optisch ver-d)nnten L4sungen (O.D.< 0.1 bei der Anregungswellenl�nge (293nm f)r Bitpy-CONHBu und 310 nm f)r [Zn(Bitpy-CONHBu)2]-(ClO4)2)) und relativ zu Chinonsulfat in 0.5m H2SO4 berechnet.

[26]

Epifluoreszenzmikroskopische Bilder wurden mit einem Olympus-BX60-Mikroskop aufgenommen, das mit Anregungs- und Emissi-onsfiltern versehen und an eine CC-12-Farb-CCD-Kamera ange-schlossen war. Konfokalmikroskopische Bilder wurden mit einemLeica-TPS-SPE-Mikroskop mit 100 U 1.30-NA-Climmersionsobjektivaufgenommen. Pyronin wurde mit einem 488-nm-Laser angeregt, unddie Emission wurde zwischen 510 und 540 nm hinter einem DD-488/635-Filter detektiert. Oxonin wurde mit einem 532-nm-Laser ange-regt, und die Emission wurde zwischen 600 und 625 nm hinter einemDD-405/532-Filter detektiert.

Verkn)pfung der Zeolithkristalle: Die verwendeten Zeolith-L-Kristalle hatten durchschnittliche L�ngen von 2.2 mm und Durch-messer von 1.2 mm. Die f)r die gemischten Aggregate verwendetenKristalle hatten L�ngen von 1 mm und Durchmesser von 800 nm.40 mg aminoterminierte Zeolith-L-Kristalle – ob farbstofffrei odermit Oxonin oder Pyronin bef)llt (hergestellt wie bereits berich-tet)[16,17] – wurden in 2 mL wasserfreiem DMF suspendiert und mit10 mL Triethanolamin gemischt. Die Suspension wurde in einemverschlossen Glasrohr auf 65 8C erhitzt. Der aktivierte Terpyridin-ligand (Bitpy-CooSu, siehe Hintergrundinformationen f)r Details)(100facher Pberschuss berechnet in Bezug auf die Zahl der Kanal-eing�nge ne von Zeolith L [ne= (Xz/lz) U 5.21 U 10

�7; Xz : Masse Zeo-lith L in mg, lz : durchschnittliche L�nge der Zeolithkristalle in nm]wurde in 1 mL wasserfreiem DMF suspendiert, und die H�lfte derL4sung wurde zu der warmen Suspension gegeben. Nach 15 minR)hren wurde die restliche L4sung hinzugegeben und weitere 2 hger)hrt. Die L4sung wurde in DMF und Methanol zentrifugiert,wobei ligandenterminierte Zeolith-L-Kristalle (Bitpy-CONHZeo)erhalten wurden, die 12 h bei 60 8C getrocknet wurden.

Komplexbildung der Zeolith-L-Kristalle mit Zn2+: Methode 1:10 mg Bitpy-CONHZeo oder jeweils 5 mg Bitpy-CONHZeo(Py)oder Bitpy-CONHZeo(Ox) wurden in 1 mL Methanol suspendiertund auf 60 8C erw�rmt. Eine berechnete Menge ZnCl2-Standardl4-sung (1 Iquivalent ZnCl2 auf 2 Iquivalente Kanaleing�nge) in Me-thanol wurde langsam zur ger)hrten L4sung gegeben. Nach einerMinute im Ultraschallbad wurde die Reaktionsmischung 1.5 Tageger)hrt. Die durch Zentrifugation in Ethanol erhaltenen, verkn)pf-ten Zeolith-L-Kristalle wurden bei 60 8C 2 h getrocknet. Methode 2:10 mg Bitpy-CONHZeo(Py) wurden in 1 mL Ethanol suspendiertund auf 60 8C erw�rmt. Eine berechnete Menge ZnCl2-Standardl4-sung (1000 Iquivalente ZnCl2 auf 1 Iquivalent Kanaleing�nge) inMethanol wurde langsam zu der ger)hrten Suspension gegeben. DieReaktionsmischung wurde 20 min im Ultraschallbad behandelt. DieZentrifugation erfolgte in Methanol. Eine gleiche Menge Bitpy-CONHZeo(Ox) wurde hinzugegeben, und die L4sung wurde nach

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9059Angew. Chem. 2007, 119, 9056 –9060 � 2007 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim www.angewandte.de

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Page 5: Verknüpfung von Mikrokristallen durch kooperative koordinative Wechselwirkungen

einer Minute im Ultraschallbad 1.5 Tage ger)hrt. Zentrifugation inMethanol ergab die verkn)pften Zeolith-L-Kristalle, die bei 60 8C 2 hgetrocknet wurden.

Eingegangen am 3. Mai 2007,ver�nderte Fassung am 5. August 2007

.Stichw�rter: Fluoreszenzfarbstoffe · Selbstorganisation ·Terpyridin · Zeolithe · Zink

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Zuschriften

9060 www.angewandte.de � 2007 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim Angew. Chem. 2007, 119, 9056 –9060

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