パンクロマティックな光産卵と電荷分離のためのポルフィリン、クロリン、およびペリレン - イミド成分を含むアレイの合成

太陽光収穫を達成し、それに続いて効率的な電荷分離と輸送が続くことは、分子ベースの人工光合成の重要な目的です。近赤外領域から近赤外領域、すなわちパンクロマティック吸収性を越えて強い吸収をもたらすアーキテクチャは、日光の広いスペクトル分布を考えると非常に重要です。テトラピロール - ペンタッドアレイを合成し、パンクロマティックな光収穫と分子内電荷分離を統合する手段として調査されました。五角形は次の3つの部分で構成されています。（1）パンクロマティブな吸収トライアド。ポルフィリンは、エチン結合を介して2つのペリレンモノイミドに強く結合されます。（2）ペリレンジイミド電子受容体。（3）クロリンホールトラップユニット。3つのコンポーネントをジフェニルエチンリンカーと統合すると、分子内エネルギーと穴/電子移動のための中程度の電子結合が生成されます。アレイの構築は、モジュラー色素ビルディングブロックを組み込むための段階的な戦略に依存しています。主要なビルディングブロックには、トランスA2BCポルフィリン、クロリン、ペリレンモノイミド、およびそれぞれが適切な（ハロ、エチニル）合成ハンドルがPD触媒されたソノガシラカップリング反応に適切な（ハロ、エチニル）合成ハンドルが含まれます。1つのターゲットペンタッド、3つの四肢、4つのトライアド、および4つのモノマーベンチマーク化合物が、6つのビルディングブロック（3つの新しい、3つの報告）と10個の新しい合成中間体から合成されました。テトラピロールを含むアレイの4つ​​はキレート化されており、他の4つはフリーベースフォームにあります。吸収および蛍光スペクトルと蛍光量子収量も測​​定されました。集合的に、アレイの調査により、人工光合成研究のためのパンクロマティックアンテナと統合された新しい反応センターの設計の原則に関する洞察が明らかになりました。

Achieving solar light harvesting followed by efficient charge separation and transport is an essential objective of molecular-based artificial photosynthesis. Architectures that afford strong absorption across the near-UV to near-infrared region, namely panchromatic absorptivity, are critically important given the broad spectral distribution of sunlight. A tetrapyrrole-perylene pentad array was synthesized and investigated as a means to integrate panchromatic light harvesting and intramolecular charge separation. The pentad consists of three moieties: (1) a panchromatically absorbing triad, in which a porphyrin is strongly coupled to two perylene-monoimides via ethyne linkages; (2) a perylene-diimide electron acceptor; and (3) a chlorin hole-trapping unit. Integrating the three components with diphenylethyne linkers generates moderate electronic coupling for intramolecular energy and hole/electron transfer. The construction of the array relies on a stepwise strategy for incorporating modular pigment building blocks. The key building blocks include a trans-A2BC porphyrin, a chlorin, a perylene-monoimide, and a perylene-diimide, each bearing appropriate (halo, ethynyl) synthetic handles for Pd-catalyzed Sonogashira coupling reactions. One target pentad, three tetrads, four triads, and four monomeric benchmark compounds were synthesized from six building blocks (three new, three reported) and 10 new synthetic intermediates. Four of the tetrapyrrole-containing arrays are zinc chelated, and four others are in the free base form. Absorption and fluorescence spectra and fluorescence quantum yields were also measured. Collectively, investigations of the arrays reveal insights into principles for the design of novel reaction centers integrated with a panchromatic antenna for artificial photosynthetic studies.