Self-assembling monolayers in the construction of planned supramolecular suctures and as modifiers of surface properties

Department of Isotope Research, The Weizmann Institute of Science, 76100 Rehovot, Israel.

Abstract

Organized monolayer structures prepared on polar solids via spontaneous adsoption from organic solutions (self-assembly) exhibit some rather unique features, particularly relevant with regard to possible technological applications of such systems.

The outstanding stability of covalently bonded monolayers under exposure to a variety of adverse physical and chemical agents allows well known methods of synthetic organic chemistry to be applied to their in situ chemical modification. This offers interesting new opportunities for the engineering of planned film structures, directly on the desired solid surface.

Exemples will be given to illustrate the key roles of molecular organization and mode of film-to-surface binding in the chemical manipulation of preassembled films, while briefly discussing some related aspects of the process of molecular self-assembly at solid-liquid interfaces. The discussion will focus on three different directions of application :

• 1.

  Préparation of stable organic surfaces with well defined outer functionality.

• 2.

  Construction of planned multilayer structures via self-assembly.

• 3.

  Construction of monolayer barriers and utilization of "penetration" reactions as sensitive probes of the penetrability and structural integrity of monolayer films.

Résumé

Les structures de monocouches organisées qui sont préparées par absorption spontanée de leur solution organique (auto-assemblage) possèdent des propriétés assez exceptionnelles, particulièrement intéressantes pour de possibles applications technologiques.

La stabilité des monocouches, liées de façon covalente, permet de leur appliquer les méthodes classiques de syntyèse organique en les exposant à divers réactifs chimiques et physiques qui provoquent des modifications chimiques in situ. Ceci offre des possibilités intéressantes pour construire des structures planifiées de films, directement sur une surface solide choisie.

On donne des exemples qui illustrent les rôles-clés de l'organisation ainsi que des modes de liaison film-surface dans les manipulations chimiques des films préassemblés. On discutera aussi brièvement des aspects relatifs du processus d'auto-assemblage des molécules à l'interface solide liquide. La discussion se concentrera sur trois directions différentes d'applications :

• 1.

  Préparation de surface organiques stables avec des fonctionalisations externes bien définies.

• 2.

  La construction de structures en monocouches planifiées par auto assemblage.

• 3.

  La construction de barrières monomoléculaires et l'utilisation de réactions de "pénétration" comme sondes de pénétrabilité et d'intégrité structurale des films monomoléculaires.