Rozprawy doktorskie na temat „Chiral Substrates”

The ability to generate chiral building blocks is of paramount importance to organic chemists. This problem presents itself most notably at the interface of chemistry and biology, where molecules of only a single enantiomer can induce function to many biological systems. In this context, recent developments in the field of organocatalysis, most notably the employment of chiral N-heterocyclic carbenes (NHCs) have shown much promise. Our group has recently shown that one possible chiral NHC catalyzed Stetter cyclization product of a conjugated triene, a highly functionalized cyclopentenone, contains both a chiral center and an adjacent conjugated diene. This structure can be easily elaborated to a bicyclic structural motif present in some biologically active natural products from the ginkgolide family, and is difficult to access by other means. The synthesis of novel vinyl stannanes and other coupling substrates involved in the development of the aforementioned reaction discovery are described in this report.

In the first section this thesis includes the reactivity of various oxygen-containing benzofused cyclic alkenes with HTIB (Hydroxy(tosyloxy)iodobenzene). Instead of getting ring contraction products, 2H-chromene resulted in 4H-chromenes together with trans-addition products. Only cis-addition products were isolated from 4-methyl-2H-chromene. Ring contraction was observed in dihydrobenzoxepines and 2,2-dimethyl-2H-chromenes giving functionalized chromanes and benzofurans, respectively. In the second part, the ring contraction of 1,2-dihydronaphthalenes using HTIB was expanded to substrates bearing oxygen and nitrogen substituents in the aromatic ring. The N-protecting groups Fmoc and Bz are stable under the reaction conditions giving indanes in 64-77% yield. The Ts-protected substrate gave only addition products. Acetoxy and benzoyloxy alkenes afforded indanes in 60-71% yield. A new and efficient method for the oxidative rearrangement (ring contraction and expansion) of alkenes using in situ generated iodine(III) is described in the third section. The protocol uses inexpensive and stable chemicals (PhI, mCPBA and TsOH) furnishing rearrangement products in yields comparable to those obtained using commercially available iodine(III). Additionally, a new route for the one step transformation of 4-methyl-1,2-dihydronaphthalene into 1-methyl-2-tetralone using mCPBA and TsOH was developed. In the last section is presented the reactivity of chiral iodine(III) with 1,2-dihydronaphthalenes. The hypervalent iodine species is generated in situ from chiral aryl iodide, which is prepared in one high yield step from inexpensive starting materials. Protected (Ac, Bz and Fmoc) amine alkenes gave indanes in 60-75% and 58-64% ee. In the same way, oxygenated substrates afforded acetal in 41-61% yield and 54-78% ee. Ring contraction products were obtained in 77-88% yield and 34-40% ee when 1-methyl and aryl substituted alkenes were utilized.
A primeira parte desta tese inclui a reatividade de vários alquenos benzofundidos cíclicos contendo oxigênio com HTIB (Hidróxi(tosilóxi)iodobenzeno). Em vez de obter os produtos de contração de anel, 2H-cromeno resultou em 4H-cromenos, juntamente com produtos trans-adição. Apenas produtos de adição de cis foram isolados a partir de 4-metil-2H-cromeno. Contração do anel foi observada em di-hidrobenzoxepinas e 2,2-dimetil-2H-cromenos dando cromanos funcionalizados e benzofuranos, respectivamente. Na segunda parte, a contração de anel de 1,2-di-hidronaftalenos usando HTIB foi expandida para substratos contendo substituintes de oxigênio e de nitrogênio no anel aromático. Os grupos N-protetores Fmoc e Bz são estáveis sob as condições de reação fornecendo indanos em 64-77% de rendimento. O substrato protegido com Ts deu apenas os produtos de adição. Acetóxi e benzoilóxi alquenos geraram indanos em 60-71% de rendimento. Um método novo e eficiente para o rearranjo oxidativo (contração e expansão do anel) de alquenos utilizando iodo(III) gerado in situ é descrito na terceira parte. O protocolo utiliza reagentes baratos e estáveis (PhI, mCPBA e TsOH) fornecendo produtos de rearranjo com rendimentos comparáveis aos obtidos utilizando iodo(III) disponível comercialmente. Além disso, um método para a transformação em uma etapa de 4-metil-1,2-di-hidronaftaleno em 1-metil-2-tetralona utilizando mCPBA e TsOH foi desenvolvido. Na última parte é apresentada a reatividade de iodo(III) quiral com 1,2-di-hidronaftalenos. A espécie de iodo hipervalente é gerada in situ a partir de iodeto de arila quiral, o qual é preparado em uma etapa em rendimento elevado a partir de materiais de partida baratos. Amino alquenos protegidos (Ac, Bz e Fmoc) deram indanos em 60-75% de rendimento e 58-64% ee. Da mesma forma, os substratos oxigenados proporcionram acetais em 41-61% de rendimento e 54-78% de ee. Produtos de contração de anel foram obtidos em 77-88% de rendimento e 34-40% de ee quando alquenos 1-metil e aril substituídos foram utilizados.

This thesis describes the development of chiral auxiliary based methodologies for the asymmetric synthesis of hydroxylated !-lactones and "-lactones containing multiple contiguous stereocentres. The first chapter introduces the concept of chirality and provides a general overview of the range of strategies available for the preparation of chiral molecules in enantiomerically pure forms. The second chapter critically reviews the range of synthetic methodology that is currently available for the asymmetric synthesis of chiral #-lactones that are either natural products or useful chiral building blocks for synthesis. The third chapter describes the development of novel methodology for the epoxidation/lactonisation of a range of $-vinyl-syn-aldols to directly afford !-lactones containing up to four contiguous stereocentres in high de. These reactions were shown to proceed via a mechanism whereby hydroxyl-directed diastereoselective epoxidation is followed by intramolecular attack of their !-acyl-oxazolidin-2- one fragment, to directly afford the desired chiral !-lactone. The ‘self-cleavage’ aspect of these reactions was exploited to enable this methodology to be transferred to polymer-support using an immobilised Evans’-oxazolidin-2-one for asymmetric synthesis. Chapter 4 describes the development of a complementary methodology for the asymmetric synthesis of this type of hydroxylated !-lactone based on a strategy involving dihydroxylation of N-acyl-oxazolidin-2-one-$-vinyl-syn-aldols using catalytic amounts of osmium tetroxide. This methodology was developed as part of a reinvestigation of previously reported dihydroxylation reactions by Dias and coworkers, where we have clearly shown that the stereochemistry of thelactones reported in their paper have been incorrectly assigned. This diastereoselective dihydroxylation methodology has been successfully applied to the asymmetric synthesis of the natural product deoxyribonolactone. Finally, Chapter 5 describes the development of methodology for the asymmetric synthesis of chiral "-lactones containing four contiguous stereocentres of use as potential chiral building blocks for the synthesis of polyketide natural products. In this approach, cyclopropanation of N-acyl-oxazolidin-2-one-$-vinyl-syn-aldols occurs under the sterodirecting effect of the $- hydroxyl group to afford cyclopropyl-aldols in very high de. These cyclopropyl-aldols are then ring opened in the presence of mercuric ions, with their N-acyl-oxazolidin-2-one fragment acting as an internal nucleophile, to afford highly functionalised alkyl-mercury species that may be subsequently reduced to afford their corresponding "-lactones in high de.

Les amines, et plus généralement les dérivés organiques qui contiennent de l’azote, constituent la clef de voûte de bien des domaines de la chimie à haute valeur ajoutée. Ils ont toujours fait l’objet de nombreuses recherches dans différents domaines de la chimie organique et de la chimie fine telles que l’agrochimie et la pharmacie. Malgré tout, la synthèse de ces structures azotées constitue encore souvent défi important pour les équipes de recherche, qu’elles soient académiques ou industrielles. De nombreuses méthodes permettent la synthèse des amines dont la grande majorité est caractérisée par la présence d’un centre chiral en alpha ou en béta de l’atome d’azote. L’une des voies les plus largement explorées pour l’obtention des amines chirales depuis plus de cinquante ans demeure l’hydrogénation asymétrique de substrats azotés. Ce travail de recherche a été mené dans le cadre d’une collaboration avec la société HOLIS Technologies. Nous nous sommes concentrés sur la mise au point d’outils catalytiques de synthèse d’amines chirales primaires et plus précisément sur des systèmes homogènes mettant en œuvre des métaux de transition pour accéder à des réactions d’hydrogénation énantiosélective. Nous nous sommes intéressés à la synthèse de trois amines chirales cibles en chimie pharmaceutique, étayée par l’étude de molécules modèles analogues. Nous avons étudié l’hydrogénation de substrats prochiraux azotés de type oxime, imine ou énamine conduisant, en une ou deux étapes, à l’amine primaire chirale visée. Dans le premier chapitre, notre étude a porté sur la synthèse et la caractérisation fine de chacun des substrats et de leurs amines chirales correspondantes. La RMN 15N étudiée sur ces molécules a permis de constituer un outil d’analyse complémentaire dans l’élucidation de ces structures. Dans le deuxième chapitre nous nous sommes attachés à développer un outil de synthèse catalytique avec pour objectif l’hydrogénation asymétrique pour les molécules modèles comme pour les molécules complexes de chacun des trois projets. Le troisième chapitre est dédié à la compréhension fine du cycle catalytique que nous avons entamée grâce à des analyses RMN multinoyaux (essentiellement 103Rh et 31P) et à des calculs quantiques conduits sur les complexes cationiques du rhodium qui se sont révélés actifs. La synthèse globale de ces résultats nous amène à avoir la capacité de choisir le meilleur substrat (imine, énamine, oxime) et le système catalytique associé pour son hydrogénation, afin de répondre au besoin industriel précis de synthèse d’une amine primaire chirale donnée
Amines, and more generally, nitrogen-containing compounds are key building blocks in the field of fine chemicals, especially agrochemistry and pharmaceuticals. Synthesis of these nitrogen-containing compounds still is a frequent challenge to academic as well as industrial research teams. Several methods are available for the synthesis of amines containing an alpha or beta chiral center and for more than fifty years, one of the most widely investigated methods is the asymmetric hydrogenation of unsaturated substrates. Our research in this field has lead to an industrial partnership with the HOLIS Technologies company. We focus on the development of catalytic tools in order to synthesize chiral primary amines and more precisely, homogeneous catalysis with transition metals to obtain enantioselective hydrogenation. We got involved with the synthesis of three primary chiral amines well known as key targets in the pharmaceutical industry, with the study of analogous models conducted in parallel. We have studied the hydrogenation of prochiral substrates such as enamines, imines, and oximes leading in one or two steps to the desired primary chiral amine. In the first chapter, synthesis and characterization of substrates and chiral amines are described. Use of 15N NMR on these nitrogen-containing molecules allows us to establish a complementary tool for the structure elucidation. The second chapter is dedicated to the optimization of a catalyst system for the asymmetric hydrogenation of these molecules. The third chapter contains the initial studies into the intricate details of the catalytic cycle with the use of multinuclear NMR analysis (especially 103Rh and 31P) and DFT calculations on rhodium cationic complexes. An overview of these results gives us insight into the choice of the best substrate (imine, enamine, oxime) and the optimal catalyst system for the hydrogenation with the goal of addressing the industrial need of a given chiral primary amine

Kyoto University (京都大学)
0048
新制・課程博士
博士(農学)
甲第18342号
農博第2067号
新制||農||1024(附属図書館)
学位論文||H26||N4849(農学部図書室)
31200
京都大学大学院農学研究科応用生命科学専攻
(主査)教授 栗原 達夫, 教授 三上 文三, 教授 平竹 潤
学位規則第4条第1項該当

Nous avons réduit, pour la première fois, avec un modèle du NADH en série pyrrolo 2,3-b pyridine, des énamides. Nous nous sommes notamment intéressés à la réduction de précurseurs de tétrahydroisoquinoléines et d'acides aminés. C'est ainsi que nous avons préparé la salsolidine avec un excès énantiomérique de 87% et un rendement de 90%. Nous avons également étudié le mécanisme de réduction des énamides par un modèle du NADH, ce qui nous a permis d'en délimiter le domaine de réduction. Enfin nous avons préparé de nouveaux modèles chiraux du NADH en série pyrrolo 2,3-b pyridine et nous avons étudié leur comportement en synthèse asymétrique. Nous avons alors mis en évidence l'influence exercée par un substituant chiral, extérieur à la structure 1,4-dihydropyridine, sur la réduction asymétrique d'un substrat. De plus, nous avons obtenu un modèle possédant une réactivité exceptionnelle

Os sais derivados de alcalóides da Cinchona têm sido muito utilizados como catalisadores de transferência de fase, em reações assimétricas. No entanto, sua performance como agentes de discriminação quiral tem sido pouco explorada. Com o objetivo de melhor compreender as bases moleculares que comandam o reconhecimento quiral dos isômeros ópticos de compostos carbonílicos e carboxílicos, quando em mistura com a quinina ou com sais de alcalóides da Cinchona, foi realizada uma série de experimentos, utilizando a técnica da RMN de 1H. A atribuição dos deslocamentos químicos aos solvatos de cada enantiômero foi feita pelo registro do espectro de RMN de 1H de misturas dos agentes de discriminação quiral com amostras enantiopuras ou enantiomericamente enriquecidas dos substratos. A estabilidade relativa dos solvatos foi estimada utilizando-se modelos moleculares, nos quais foi possível identificar a existência de interações do tipo π-π e de ligações de hidrogênio. As conclusões baseadas nos experimentos de RMN de 1H foram concordantes com as resultantes da análise dos modelos moleculares, construídos para cada par substrato/agente de discriminação quiral
Salts of Cinchone alcaloids are common chiral catalysts for asymmetric phase-transfer reactions. However, studies on their performance as chiral discriminating are still scarce. In order to investigate the molecular basis of chiral recognition for such compounds, the 1H NMR spectra of admixtures of quinine or Cinchone alkaloids salts with carbonyl and carboxyl derivatives were recorded and analyzed. The relative stabilities of the solvated complexes were estimated on the basis of preferential π-π and hydrogen bonding interactions between substrates and the chiral discriminating agent. Conclusions based on results of the 1H NMR experiments were in line with those arising from the analysis of molecular models for the substrate/chiral discriminating agent pairs

Tese de mestrado, Física (Estatísatica não linear) Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2017
For the past decade, one of the trends in liquid crystal studies has been the development of the fundamental understanding of interfacial and wetting phenomena of different liquid crystal phases. The reason to do so lays on the complexity and richness behind the characteristic anisotropic properties of liquid crystals that represent a viable path to the creation of novel applications, so far inaccessible with the use simple isotropic liquids. A pictorial example of the usefulness of these properties is that they allow a controlled assembly from surfaces of immersed particles in liquid crystals. These surfaces can be lithographic controlled substrates or interfaces. Thus, each of these systems has been subject to systematic and progressive study in order to complete the comprehension of this field. This thesis is inserted on this trend and is focused on the study of the Blue Phase (BP) interface with the Isotropic (I) and the Cholesteric (C) phases at the mesoscale with respect to their surface tension and interface roughness. Such study is developed for the triple coexistence, using the Landau-de Gennes (LdG) phenomenological model. As a first result of this study it was found at the triple phase coexistence line a hyperbolic relation between the two constant approximation LdG rescaled elastic constant and the pitch. Moreover, regardless of the position in the phase diagram, the blue phase periodicity has a linear relation with that of the cholesteric phase. For the BP-I coexistence it is observed that the interface equilibrium configuration has a zig-zag arrangement of double-twist cells and that the undulation profile has two distinct roughness behaviours, depending on the pitch. The transition between behaviours occurs due to an interface anchoring transition, in which for low pitch values cells have small deformations and have planar anchoring while for high pitch values cells are highly deformed and have homeotropic anchoring. Moreover, it is observed that it is possible to have a continuous transition between the roughness profiles of the BP-I and C-I interfaces over the triple phase line. For the BP-C coexistence it is found that the interface equilibrium configuration has a linear arrangement of undistorted double-twist cells with cholesteric layers tilted by _=4, regardless of the pitch values, and that there is no anchoring transition like in the BP-I interface. It is also observed that for low pitch values only the BP-I can coexist. An introductory study of the behaviour of rough substrate confined cholesterics is also presented, showing that for a sawtooth substrate weak planar anchoring the cholesteric layers adopt a parallel orientation at the substrate regardless of the substrate aperture.
Ao longo da última década, uma das tendências no estudo de Cristais Líquidos baseou-se no desenvolvimento da compreensão fundamental dos fenómenos interfaciais e de molhagem de diferentes fases. A razão para tal assenta na complexidade e riqueza por de trás das propriedades anisotrópicas características destes materiais, a partir das quais poderá vir a ser aberto um caminho viável para a criação de novas aplicações, até agora inacessíveis com o uso the líquidos isotrópicos. Um exemplo pitoresco da utilidade das propriedades destes sistemas é o de permitirem a montagem controlada de estruturas de partículas imersas que crescem a partir das superfícies do cristal líquido. Estas superfícies podem ser substratos controlados por processos litográficos ou interfaces. Como tal, cada um destes sistemas tem vindo a ser sujeito a um estudo esquematizado e progressivo a fim de completar a compreensão fundamental do ramo. Esta tese está inserida nesta tendência e foca-se no estudo de interfaces à mesoescala de um sistema em coexistência tripla entre a Blue Phase o Colestérico e o Isotrópico em relação à tensão de superfície e rugosidade das interfaces usando o modelo fenomenológico de Landau de-Gennes. Como primeiro resultado vê-se que na coexistência tripla de fases existe uma relação hiperbólica entre a constante elática rescalada de LdG e o pitch. Além disso observa-se que, independentemente da posição¸ no diagrama de fases, a periodicidade da blue phase tem uma relação linear com a periodicidade do colestérico. Para a coexistência entre a BP-I, é observado que a configuração de equilíbrio da interface tem um arrajo em zig-zag das células de double-twist e que o perfil de ondulações tem dois comportamentos de rugosidade distintos, dependendo do pitch. A transição entre comportamentos ocorre devido a uma transição de ancoramento da interface, em que para valores baixos de pitch as células são pouco deformadas e o ancoramento ´e paralelo e em que para valores elevados de pitch as células são altamente deformadas e o ancoramento é homeotrópico. É também observado que é possível ter uma transição contínua entre os perfis de rugosidade das interfaces BP-I e C-I sobre a linha de coexistência tripla. Para a coexistência entre a blue phase e o colestérico, é observado que a configuração de equilíbrio da interface tem um arranjo linear das células de double-twist com as camadas de colestérico a fazer um ângulo de_=4 na superfície, independentemente do pitch, e que não há transição de ancoramento como na interface BP-I. É também observado que para valores baixos do pitch apenas pode ocorrer a coexistência entre a blue phase e o isotrópico. Um estudo introdutório sobre o comportamento do colestérico confinado por um substrato rugoso é apresentado, mostrando que para um susbtrato dente de serra com ancoramento planar fraco, as camadas de colestérico adoptam uma orientação paralela ao substrato, indepentemente da abertura do substrato. O Capítulo 1 é dedicado à motivação por trás do desenvolvimento desta tese. É feita a distinção conceptual entre líquidos convencionais e cristais líquidos através do desenvolvimento das ideias de ordem posicional e ordem orientacional. Em função dos diferentes tipos de ordem são apresentadas várias fases de cristais líquidos e o que as distingue fundamentalmente. Feita esta distinção apresentam-se as fases que serão estudadas nesta tese, nemáticos quirais, e de que forma elas se relacionam através das suas propriedades elásticas e quiralidade. Em seguida é introduzida a ideia de campo orientacional usada para descrever cada uma destas fases e de que forma a sua quebra de simetria se manifesta, ou em defeitos topológicos ou em interfaces. São também apresentados alguns exemplos da necessidade e da utilidade de estudar as manifestações da quebra de simetria do campo orientacional. Por fim apresentam-se alguns avanços nos estudos das fases nemático, colestérico e blue phase, com respeito à presença de colóides, substratos e interfaces. No Capítulo 2 desenvolvem-se tanto conceptualmente como analiticamente os conceitos apresentados no capítulo anterior. Começa-se por desenvolver as noções de campo orientacional e simetria uniaxial e biaxial nos nemáticos. Acrescenta-se então a influência da quiralidade nestes compostos e de que forma o nemático pode ser visto como um limite do colestérico. Partindo da presença de quiralidade explora-se a forma em como esta está envolvida nas frustrações no campo orientacional e como através da nucleação de defeitos topológicos ocorre o aparecimento da blue phase. Para explorar de forma analítica a estabilidade e o perfil orientacional de cada uma destas fases, é desenvolvido o primeiro modelo contínuo de cristais líquidos, o modelo de Frank-Oseen. Este modelo permite ver como a energia livre do sistema está relacionada com distorções do campo orientacional, através do splay, twist, bend e saddle-splay. Mostra-se também de que forma este modelo pode contemplar a presença de células de double-twist. Em seguida, explora-se este modelo sob a presença de defeitos topológicos e qual é a forma típica das suas penalizações energéticas. Estabelece-se também a ponte entre estas penalizações e a forma em como as diferentes fases da blue phase estão organizadas face às suas frustrações intrínsecas do campo orientacional. Dado que este modelo falha na explicação do sistema na presença de interfaces é introduzido o conceito de parâmetro de ordem que serve de base para o modelo de Landau para transições de fase. Explora-se de que forma a diferença entre transições de fase de primeira e segunda ordem permitem ligar este modelo aos cristais líquidos no modelo de Landau-de Gennes que usa parâmetros de ordem escalar e tensorial. Por consistência e de forma a dar uma interpretação intuitiva deste modelo, estabelece-se a ligação com o modelo de Frank-Oseen para diferentes aproximações na degenerescência entra as constantes elásticas. De forma a obter um modelo transversal a qualquer composto líquido cristalino, realiza-se o rescalamento da energia livre neste modelo. Por fim, faz-se uma breve extensão deste modelo aos efeitos da presença de uma superfície ordenada. No Capítulo 3, é explicada em primeiro lugar a equação de Euler-Lagrange do funcional de energia livre do modelo de Landau-de Gennes para obter o estado de equilíbrio, a partir do qual é possível fazer a leitura da tensão de superfície para os diferentes parâmetros do sistema. Este estado é dado em função do perfil do parâmetro de ordem tensorial em todo o sistema, que expressa o perfil do campo orientacional, permitindo portanto estudar a estrutura das diferentes interfaces. Em seguida é feita uma breve passagem sobre as ideias envolvidas no método computacional de Elementos Finitos e de que forma são obtidas as soluções numéricas das equações de Euler Lagrange dos diferentes termos do tensor de ordem. Desenvolvidos todos os conceitos e ferramentas necessárias, o Capítulo 4 é então dedicado à revisão dos resultados obtidos nos estudos da interface C-I. A interface C-I foi estudada em função da tensão de superfície e do perfil ondulatório da superfície, que aparece devido à presença do pitch. Observou-se que quando o ancoramento é homeotrópico a configuração de equilíbrio da interface, i.e, com a menor tensão de superfície, ocorre quando as camadas de colestérico se orientam perpendicularmente à superfície e a amplitude das ondulações tem um crescimento sub-linear com a raiz quadrada do pitch. Já quando o ancoramento ´e planar a configuração de equilíbrio da interface ocorre quando as camadas de colestérico se orientam paralelamente à superfície e não há ondulações na interface. Para o caso do ancoramento homeotrópico observou-se adicionalmente que para valores pequenos de pitch ocorria a nucleação de células junto da interface, ou seja, que ocorria uma transição de fase para a blue phase. Por fim, nos Capítulos 5 e 6 são apresentados os novos resultados. Começa-se por construir um diagrama de fases (triplo) para definir para que valores do pitch e constantes elásticas do colestérico é que, à temperatura de coexistência com o isotrópico, o isotrópico, o colestérico e a blue phase coexistem. Desta forma é então possível estudar separadamente cada interface sobre a linha tripla. As interfaces BPI e BP-C são estudadas para cada uma das suas duas configurações em função da tensão de superfície e perfil de ondulações. Para concluir o trabalho, explora-se o comportamento de um colestérico confinado por um substrato em forma de dente de serra com ancoramento planar fraco para diferentes ângulos das camadas do colestérico, dimensões dos dentes do substrato e valores de pitch, com elasticidade fixa.

yes
In this paper, the gyrotropic bi-anisotropy of the chiral medium in substrate constitutive parameters (ξc and ηc) of a rectangular microstrip patch antenna is introduced in order to observe its effects on the complex resonant frequency, half-power bandwidth and input impedance. Numerical calculations and analysis based on the dominant mode are carried out to show that the latter is directly related to the former. This paper is based on the Moment Method as full-wave spectral domain approach using sinusoidal basis functions. Two new results, namely the appearance of the difference (ξc-ηc) and sum (ξc+ηc) of the two magneto-electric elements are obtained in the electric transverse components and Green tensor expressions, respectively. These new results can be considered as a generalisation form of the previously published work.

碩士
國立交通大學
光電工程研究所
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The metasurfaces are refers to the metamaterials with sub-wavelength thickness, which are artificial structure produce electromagnetic phenomena not normally found in nature. When an un-polarized light pass through two asymmetry metasurface, it will produce a corresponding left-handed or right-handed circular polarization. And these two asymmetry metasurface are enantiomer to each other. In this thesis, we combine two enantiomer dimers to form a symmetrical metasurface, and then control the circular dichroism by breaking symmetric with stretch. The original designed metasurface will not cause circular dichroism when non-polarized light normal incident the device. However, when the flexible substrates sustain a strain, the relative position of the gold nanorods will change, leads to symmetry breaking and the metasurface will generate a relative circular dichroism. This is because when one of enantiomer dimer is decoupled, the circular dichroism spectra will dominate by another. Moreover, since the symmetry has been broken, the relative circular dichroism is generated. In this work, the flexible metasurfaces was fabricated by using e-beam lithography, electron beam evaporation and PDMS bonding process. Its ability of tuning and switching circular dichroism in near Infrared and visible light region has been proved by Proof-of-Concept and further demonstrated in real device. Furthermore, the elements of STNR are also investigated by extinction spectra. This work can further use in several applications in the future, such as chemical and biochemical sensing, drug analysis, chiral light source.