히드라존 포토스위치의 광이성체화 양자 수율 결정

요약

광이성체화 양자 수율은 새로 개발된 광스위치의 조사에서 정확하게 결정되어야 하는 기본적인 광물리학적 특성이다. 여기에서, 우리는 모델 이중안정 광스위치로서 광변색 히드라존의 광이성체화 양자 수율을 측정하기 위한 일련의 절차를 설명한다.

초록

광 구동 구조 변환을 겪는 광전환 유기 분자는 적응형 분자 시스템을 구성하는 핵심 구성 요소이며 다양한 응용 분야에서 활용됩니다. 광 스위치를 사용하는 대부분의 연구에서 흡수 및 방출의 최대 파장, 몰 감쇠 계수, 형광 수명 및 광이성체화 양자 수율과 같은 몇 가지 중요한 광물리학 적 특성은 전자 상태 및 전이 과정을 조사하기 위해 신중하게 결정됩니다. 그러나, 광이성체화 양자 수율의 측정, 흡수된 광자에 대한 광이성체화의 효율은, 전형적인 실험실 설정에서 종종 복잡하고 오류가 발생하기 쉬운 이유는 적절한 통합 방법에 기초한 엄격한 분광학적 측정 및 계산의 구현을 필요로 하기 때문이다. 이 기사에서는 광변색 히드라존을 사용하여 이중안정 광스위치의 광이성체화 양자 수율을 측정하기 위한 일련의 절차를 소개한다. 우리는이 기사가 점점 더 개발되고있는 이중 안정 광 스위치의 조사에 유용한 가이드가 될 것으로 기대합니다.

서론

광변색 유기 분자는 빛이 비침습적으로 열역학적 평형으로부터 시스템을 멀어지게 할 수 있는 독특한 자극이기 때문에 광범위한 과학 분야에서 상당한 주목을 받고 있다¹. 적절한 에너지로 빛을 조사하면 시공간 정밀도가 높은 광스위치의 구조적 변조가 가능합니다 ^2,3,4. 이러한 이점들 덕분에, 이중 결합(예를 들어, 스틸벤, 아조벤젠, 이민, 푸마라미드, 티오인디고스) 및 고리 개구/폐쇄(예를 들어, 스피로피란, 디티에닐렌, 풀지드, 공여체-수용체 스텐하우스 부가물)의 구성 이성체화에 기초한 다양한 유형의 광스위치가 개발되어 다양한 길이 스케일에서 적응성 물질의 핵심 성분으로서 활용되었다. 광스위치의 대표적인 응용 분야에는 광변색 물질, 약물 전달, 전환 가능한 수용체 및 채널, 정보 또는 에너지 저장, 분자 기계 5,6,7,8,9,10,11,12

프로토콜

1. 광고정 상태(PSS)에서 ^1HNMR 스펙트럼 획득

1. 히드라존 스위치 1의 4.2 mg (0.01 mmol)을 함유하는 천연 석영 NMR 튜브에, 1.0 mL의 중수소화 디메틸 설폭사이드(DMSO-d ₆)를 첨가한다. 용액의 절반을 다른 NMR 튜브로 옮깁니다.
2. NMR 튜브 중 하나를 436nm 대역통과 필터가 장착된 제논 아크 램프 앞에 1cm 앞에 놓습니다. NMR 샘플에 대한 조사를 시작하고 스위치 ¹이 PSS에 도달함에 따라 스펙트럼에 변화가 없을 때까지 매일 1H NMR 스펙트럼을 기록한다. PSS에 도달한 후, NMR 튜브를 실온에서 어둠 속에 보관하고 ^{12시간 후에 1H}NMR 스펙트럼을 기록하여 열 이완의 진행을 모니터링한다.
   참고: 스위치 1 은 불안정한 특성으로 인해 실온에서 ^1HNMR 스펙트럼에 상당한 변화를 나타내지 않습니다.
3. 다른 NMR 튜브의 경우, 340 nm 대역통과 필터로 단계 1.2를 반복하여 340 nm 조사 하에 PSS에서 ^1HNMR 스펙트럼을 얻....

결과

436nm 빛을 갖는 NMR 튜브에 1을 조사하면(초기 상태에서 Z:E = 54:46), 히드라존 C=N 결합의 우세한 Z-to-E 이성체화로 인해 1-E의 비율이 증가합니다(그림 1). 이성질체 비는 ^1HNMR 스펙트럼에서 별개의 이성질체의 상대적 신호 강도로부터 용이하게 얻어질 수 있다(도 2). 436 nm에서 5일간 조사한 후, 샘플은 1-E의 92%를 함유하는 PSS에 도달한다. 높은 샘플 농도 (10mM)와 광원의 약한 강도로 인해 PSS에 도달하려면 장기간 조사가 필요합니다. 340nm에서의 후속 조사는 E-to-Z 이성체화를 유도하여, 조사 3일 후에 1-Z의 82%를 함유하.......

토론

광스위치의 스펙트럼 및 스위칭 특성을 조정하기 위한 다양한 전략이 개발되었으며, 광스위치의 등록이 급속히 확대되고 있다⁽²⁸). 따라서 광물리적 특성을 올바르게 결정하는 것이 중요하며이 기사에 요약 된 방법이 실험자에게 유용한 지침이 될 것으로 기대합니다. 단, 열이완 속도가 실온에서 매우 느리다면, 상이한 조사 파장에서의 PSS 조성물의 측정, 순수 이성질체의 몰 감쇠 계수, 효과적인 몰 광자 플럭스, 모래 슈도양자 수율은 단방향 광이성체화 양자 수율의 추정을 허용한다. 이 연구에서 제시된 실험 결과는 1의 광물리학 적 특성이 비치환된 모 분자¹⁵의 광물리적 특성과 크게 다르지 않다는 것을 밝혀냈다. 이러한 결과는 아미드 결합이 그들의 구조적 조절을 위해 관심있는 다른 분자에 유용한 테더가 될 수 있음을 시사한다.

양자 수율의 결정을 위해서는 광운동 인자에 대한.......

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
1,10-phenanthroline	Sigma-Aldrich	131377-2.5G
340 nm 대역통과 필터, 25 mm 직경, 10 nm FWHM	Edmund Optics	#65-129
436 nm 대역통과 필터, 25 mm 직경, 10 nm FWHM	Edmund Optics	#65-138
무수 아세트산나트륨	Alfa aesar	A13184.30
Dimethyl sulfoxide	Samchun	D1138	HPLC 등급
디메틸 설폭 사이드 -d6	시그마 - 알드리치	151874-25g
쌍둥이 자리 2000; 300 MHz NMR 분광계	Varian
H 2 < / sub>SO 4 < / sub>	Duksan	235
가열 수조	JeioTech	CW-05G
MestReNova 14.1.1	Mestrelab Research SL, https://mestrelab.com/
천연 석영 NMR 튜브	Norell	S-5-200-QTZ-7
포타슘 페리옥살레이트 삼수화물	Alfa aesar	31124.06
석영 흡수 셀	Hellma	HE.110.QS10
UV-VIS 분광 광도계	Scinco	S-3100
크세논 아크 램프	Thorlabs	SLS205	광섬유 어댑터가 제거되었습니다.