UUNIVERSITA’ DEGLI NIVERSITA’ DEGLI SSTUDI DI TUDI DI PPADOVAADOVAUUNIVERSITA’ DEGLI NIVERSITA’ DEGLI SSTUDI DI TUDI DI PPADOVAADOVA

Corso CFMA. LS-SIMat 1

Chimica Fisica dei Materiali AvanzatiChimica Fisica dei Materiali Avanzati

Part 9 – DendrimersPart 9 – Dendrimers

Laurea specialistica in Scienza e Ingegneria dei MaterialiCurriculum Scienza dei Materiali

UUNIVERSITA’ DEGLI NIVERSITA’ DEGLI SSTUDI DI TUDI DI PPADOVAADOVAUUNIVERSITA’ DEGLI NIVERSITA’ DEGLI SSTUDI DI TUDI DI PPADOVAADOVA

Corso CFMA. LS-SIMat 2

Nomenclature of dendrimersNomenclature of dendrimers

UUNIVERSITA’ DEGLI NIVERSITA’ DEGLI SSTUDI DI TUDI DI PPADOVAADOVAUUNIVERSITA’ DEGLI NIVERSITA’ DEGLI SSTUDI DI TUDI DI PPADOVAADOVA

Corso CFMA. LS-SIMat 3

Pros: highly iterative chemistry – good control on different generations – possibility to go to high generations (i.e. obtain very large dendrimers).

Cons: number of reaction steps increases rapidly with generation – poor control on structural defects, particularly on high generations

Dendrimer synthesis: divergent Dendrimer synthesis: divergent approachapproach

UUNIVERSITA’ DEGLI NIVERSITA’ DEGLI SSTUDI DI TUDI DI PPADOVAADOVAUUNIVERSITA’ DEGLI NIVERSITA’ DEGLI SSTUDI DI TUDI DI PPADOVAADOVA

Corso CFMA. LS-SIMat 4

Dendrimer synthesis: convergent Dendrimer synthesis: convergent approachapproach

Pros: number of reaction steps does not increase rapidly with generations – good control on structural defects – possibility to obtain anisotropic dendrimers

Cons: synthesis of large dendrimers is often hindered

UUNIVERSITA’ DEGLI NIVERSITA’ DEGLI SSTUDI DI TUDI DI PPADOVAADOVAUUNIVERSITA’ DEGLI NIVERSITA’ DEGLI SSTUDI DI TUDI DI PPADOVAADOVA

Corso CFMA. LS-SIMat 5

Functional dendrimersFunctional dendrimers

Functional units at the periphery

Functional units in the branching points

Functional units in the core

UUNIVERSITA’ DEGLI NIVERSITA’ DEGLI SSTUDI DI TUDI DI PPADOVAADOVAUUNIVERSITA’ DEGLI NIVERSITA’ DEGLI SSTUDI DI TUDI DI PPADOVAADOVA

Corso CFMA. LS-SIMat 6

From synthesis to applicationsFrom synthesis to applications

antenna systems sensors with signal

amplification NLO systems nano-reactors drug delivery systems catalysts contrast agents in

medical diagnosis molecular batteries Unimolecular micelles templates for

nanoparticle synthesis ….

UUNIVERSITA’ DEGLI NIVERSITA’ DEGLI SSTUDI DI TUDI DI PPADOVAADOVAUUNIVERSITA’ DEGLI NIVERSITA’ DEGLI SSTUDI DI TUDI DI PPADOVAADOVA

Corso CFMA. LS-SIMat 7

Molecular light-harvesting antennaeMolecular light-harvesting antennae An antenna for light harvesting is an organized

multicomponent system in which several chromophoric molecular species absorb the incident light and channel the excitation energy to a common acceptor component.

Organization must be achieved in the dimensions of time, energy, and space

UUNIVERSITA’ DEGLI NIVERSITA’ DEGLI SSTUDI DI TUDI DI PPADOVAADOVAUUNIVERSITA’ DEGLI NIVERSITA’ DEGLI SSTUDI DI TUDI DI PPADOVAADOVA

Corso CFMA. LS-SIMat 8

Natural antenna systemsNatural antenna systemsStructure of the LH2 light-harvesting antenna system of

Rhodopseudomonas acidophila which contains rings of 18 (left) and 9 (right) bacteriochlorophyll molecules.

The ring of B850 Bchl a molecules

The positions of the B800 Bchl a molecules between the helices of the b-apoproteins forming the outer cylindrical wall of the complex. The a-apoproteins are coloured yellow and the b- apoproteins green.

UUNIVERSITA’ DEGLI NIVERSITA’ DEGLI SSTUDI DI TUDI DI PPADOVAADOVAUUNIVERSITA’ DEGLI NIVERSITA’ DEGLI SSTUDI DI TUDI DI PPADOVAADOVA

Corso CFMA. LS-SIMat 9

Natural antenna systems - 2Natural antenna systems - 2

Schematic representation of the overall light harvesting process by LH2 and LH1 antenna complexes in bacterial photosynthesis. RC is the reaction center

Kuhlbrandt, Nature, 1995

UUNIVERSITA’ DEGLI NIVERSITA’ DEGLI SSTUDI DI TUDI DI PPADOVAADOVAUUNIVERSITA’ DEGLI NIVERSITA’ DEGLI SSTUDI DI TUDI DI PPADOVAADOVA

Corso CFMA. LS-SIMat 10

Light harvesting sytemsLight harvesting sytems

UUNIVERSITA’ DEGLI NIVERSITA’ DEGLI SSTUDI DI TUDI DI PPADOVAADOVAUUNIVERSITA’ DEGLI NIVERSITA’ DEGLI SSTUDI DI TUDI DI PPADOVAADOVA

Corso CFMA. LS-SIMat 11

… … an examplean example

UUNIVERSITA’ DEGLI NIVERSITA’ DEGLI SSTUDI DI TUDI DI PPADOVAADOVAUUNIVERSITA’ DEGLI NIVERSITA’ DEGLI SSTUDI DI TUDI DI PPADOVAADOVA

Corso CFMA. LS-SIMat 12

Dansyl: a commonly used Dansyl: a commonly used fluorescent dye fluorescent dye

highly fluorescent molecule useful to probe interactions with:

Protons

metal ions

dyesAbsorption and emission spectra in CH3CN:CH2Cl2 5:1 v/v

UUNIVERSITA’ DEGLI NIVERSITA’ DEGLI SSTUDI DI TUDI DI PPADOVAADOVAUUNIVERSITA’ DEGLI NIVERSITA’ DEGLI SSTUDI DI TUDI DI PPADOVAADOVA

Corso CFMA. LS-SIMat 13

Chemical sensorsChemical sensors

Conventional fluorescent sensor

Fluorescent sensor with high signal amplification

UUNIVERSITA’ DEGLI NIVERSITA’ DEGLI SSTUDI DI TUDI DI PPADOVAADOVAUUNIVERSITA’ DEGLI NIVERSITA’ DEGLI SSTUDI DI TUDI DI PPADOVAADOVA

Corso CFMA. LS-SIMat 14

Sensor of metal ions with signal Sensor of metal ions with signal amplificationamplification

One Co2+ guest is sufficient to quench each one of the 64 dansyl units, when they are excited

J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 10398

UUNIVERSITA’ DEGLI NIVERSITA’ DEGLI SSTUDI DI TUDI DI PPADOVAADOVAUUNIVERSITA’ DEGLI NIVERSITA’ DEGLI SSTUDI DI TUDI DI PPADOVAADOVA

Corso CFMA. LS-SIMat 15

Light controlled drug delivery Light controlled drug delivery systemssystems

UUNIVERSITA’ DEGLI NIVERSITA’ DEGLI SSTUDI DI TUDI DI PPADOVAADOVAUUNIVERSITA’ DEGLI NIVERSITA’ DEGLI SSTUDI DI TUDI DI PPADOVAADOVA

Corso CFMA. LS-SIMat 16

Medical applications: photodynamic therapyMedical applications: photodynamic therapy

Light absorption

O2

1O2

Singlet oxygen production