Исследование будет опубликовано в следующем печатном номере Angewandte Chemie International Edition (выйдет 12 февраля).Молекулы, которые могут переключаться светом для изменения своей структуры, являются ключевыми строительными блоками для светочувствительной молекулярной нанотехнологии. Главный недостаток многих доступных в настоящее время молекулярных переключателей заключается в том, что они требуют относительно большого свободного объема для переключения между их двумя структурными состояниями.
Прототипными примерами являются молекулы, в которых происходит изомеризация двойной связи, такие как молекулы ротора лауреата Нобелевской премии Бена Феринга. Во многих практических приложениях, например, в катализе, доставке лекарств или молекулярных компьютерах, просто не хватает места для таких больших масштабное движение.
Поэтому поиск новых химических мотивов, которые позволяют переключаться с использованием только минимального объема, имеет большое значение для этой быстро развивающейся области.Недавно профессор Хосе Берна из Университета Мерсии предложил новый класс молекулярных переключателей на основе азодикарбоксамида. Они являются производными от модификации азо-фрагмента в азобензоле — одном из наиболее широко используемых компонентов в материалах с «переключаемым светом».
Поскольку новые системы — в отличие от азобензолов — больше не являются планарными, ожидалось, что они будут демонстрировать различные типы движения при облучении светом. Однако до сих пор исследования реального происходящего движения оставались недоступными.Чтобы исследовать точный режим работы молекулярных переключателей на основе азодикарбоксамида, доктор Саид Амирджалаер из Амстердамского университета намеревался измерить их колебательные частоты, используя чрезвычайно короткие импульсы инфракрасного света (с длительностью менее одной триллионной секунды). . Эти частоты являются отпечатком молекулярной структуры и, таким образом, предлагают прямые средства для точного установления того, как молекула меняет свою структуру после активации светом.
Как оказалось, эти переключатели действительно имеют механизм переключения, который полностью отличается от стандартных переключателей. Если последние демонстрируют крупномасштабное вращение вокруг одной связи, новые молекулы действуют как каретка и педали велосипеда. Однако они не совершают полного вращения, а двигаются вперед и назад.
Используя продвинутые квантово-химические расчеты, было установлено, что молекулы становятся планарными из-за поглощения света и возвращаются в исходное состояние.Поразительной особенностью движения педали является то, что оно сопровождается минимальными смещениями задействованных атомов.
Таким образом, молекула остается более или менее фиксированной в пространстве и требует лишь минимального коммутируемого объема. Это открывает возможности для приложений, где движение на молекулярном уровне сильно ограничено, например, в твердом состоянии, на поверхностях или при заделке в полимеры.