Artykuł metodologiczny

Wyznaczanie wydajności kwantowej fotoizomeryzacji fotoprzełącznika hydrazonowego

DOI:

10.3791/63398

⸱

7 lutego 2022

 ,  ,  , 
1Department of Chemistry, Chung-Ang University

* These authors contributed equally

W tym artykule

Podsumowanie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Wydajność kwantowa fotoizomeryzacji jest podstawową właściwością fotofizyczną, która powinna być dokładnie określona w badaniach nad nowo opracowanymi fotoprzełącznikami. W tym miejscu opisujemy zestaw procedur pomiaru wydajności kwantowej fotoizomeryzacji hydrazonu fotochromowego jako modelowego bistabilnego fotoprzełącznika.

Streszczenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Fotoprzełączające cząsteczki organiczne, które przechodzą transformacje strukturalne sterowane światłem, są kluczowymi komponentami do budowy adaptacyjnych systemów molekularnych i są wykorzystywane w szerokiej gamie zastosowań. W większości badań wykorzystujących fotoprzełączniki kilka ważnych właściwości fotofizycznych, takich jak maksymalne długości fal absorpcji i emisji, molowy współczynnik tłumienia, czas życia fluorescencji i wydajność kwantowa fotoizomeryzacji, jest dokładnie określanych w celu zbadania ich stanów elektronowych i procesów przejścia. Jednak pomiar wydajności kwantowej fotoizomeryzacji, wydajności fotoizomeryzacji w odniesieniu do pochłoniętych fotonów, w typowych warunkach laboratoryjnych jest często skomplikowany i podatny na błędy, ponieważ wymaga wdrożenia rygorystycznych pomiarów spektroskopowych i obliczeń opartych na odpowiedniej metodzie całkowania. W artykule przedstawiono zestaw procedur pomiaru wydajności kwantowej fotoizomeryzacji bistabilnego fotoprzełącznika przy użyciu hydrazonu fotochromowego. Spodziewamy się, że ten artykuł będzie użytecznym przewodnikiem do badania bistabilnych fotoprzełączników, które są coraz częściej rozwijane.

Wprowadzenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Fotochromowe cząsteczki organiczne przyciągnęły znaczną uwagę w wielu dyscyplinach naukowych, ponieważ światło jest unikalnym bodźcem, który może nieinwazyjnie wyprowadzić system z równowagi termodynamicznej1. Naświetlanie światła odpowiednimi energiami pozwala na modulację strukturalną fotoprzełączników z dużą precyzją czasoprzestrzenną2,3,4. Dzięki tym zaletom opracowano i wykorzystano różne typy fotoprzełączników opartych na konfiguracyjnej izomeryzacji wiązań podwójnych (np. stylbenów, azobenzenów, imin, fumaramidów, tioindygosów) oraz otwierania/zamykania pierścieni (np. spiropyrany, dithienylethenes, fulgidy, addukty donor-akceptor Stenhouse'a) jako podstawowe składniki materiałów adaptacyjnych w różnych skalach długości. Reprezentatywne zastosowania fotoprzełączników obejmują materiały fotochromowe, dostarczanie leków, przełączalne receptory i kanały, magazynowanie informacji lub energii oraz maszyny molekularne5,6,7,8,9,10,11,12. W większości badań prezentujących nowo projektowane fotoprzełączniki dokładnie scharakteryzowane są ich właściwości fotofizyczne, takie jak λmax absorpcji i emisji, molowy współczynnik tłumienia (ε), czas życia fluorescencji oraz wydajność kwantowa fotoizomeryzacji. Badanie takich właściwości dostarcza kluczowych informacji na temat stanów i przejść elektronowych, które są kluczowe dla zrozumienia właściwości optycznych i mechanizmu izomeryzacji.

Jednak dokładny pomiar wydajności kwantowej fotoizomeryzacji - liczba zdarzeń fotoizomeryzacji, które wystąpiły, podzielona przez liczbę fotonów na długości fali napromieniowania pochłoniętych przez reagent - jest często skomplikowany w typowym warunkach laboratoryjnych z kilku powodów. Określenie wydajności kwantowej fotoizomeryzacji jest na ogół osiągane poprzez monitorowanie zaawansowania reakcji i pomiar liczby pochłoniętych fotonów podczas napromieniowania. Podstawowym problemem jest to, że ilość absorpcji fotonów w jednostce czasu zmienia się stopniowo, ponieważ całkowita absorpcja przez roztwór zmienia się w czasie wraz z postępem reakcji fotochemicznej. Dlatego liczba zużytych reagentów w jednostce czasu zależy od odcinka czasowego, w którym jest on mierzony podczas napromieniowania. W związku z tym należy oszacować wydajność kwantową fotoizomeryzacji, która jest zdefiniowana w różny sposób.

Bardziej kłopotliwy problem pojawia się, gdy zarówno reagent, jak i fotoprodukt absorbują światło na długości fali napromieniowania. W tym przypadku izomeryzacja fotochemiczna zachodzi w obu kierunkach (tj. reakcja odwracalna). Dwóch niezależnych wydajności kwantowej dla reakcji w przód i w tył nie można uzyskać bezpośrednio z obserwowanej szybkości reakcji. Niedokładne natężenie światła jest również częstą przyczyną błędów. Na przykład starzenie się żarówki stopniowo zmienia jej intensywność; Natężenie promieniowania lampy ksenonowej łukowej o długości fali 400 nm spada o 30% po 1000 h pracy14. Rozproszenie światła nieskolimowanego sprawia, że rzeczywiste natężenie padającego promieniowania jest znacznie mniejsze niż moc nominalna źródła. W związku z tym kluczowe znaczenie ma dokładne określenie ilościowe efektywnego strumienia fotonów. Warto zauważyć, że relaksacja termiczna formy metastabilnej w temperaturze pokojowej powinna być wystarczająco mała, aby można ją było zignorować.

Ten artykuł przedstawia zestaw procedur do określania wydajności kwantowej fotoizomeryzacji bistabilnego fotoprzełącznika. Wiele fotoprzełączników hydrazonowych opracowanych przez grupę Aprahamian, pionierskiego zespołu badawczego w tej dziedzinie, znalazło się w centrum uwagi dzięki ich selektywnej fotoizomeryzacji i niezwykłej stabilności ich metastabilnych izomerów15,16,17. Ich fotoprzełączniki hydrazonowe składają się z dwóch pierścieni aromatycznych połączonych grupą hydrazonową, a wiązanie C = N ulega selektywnej izomeryzacji E / Z po napromieniowaniu na odpowiednich długościach fal (Rysunek 1). Zostały one z powodzeniem włączone jako ruchome składniki dynamicznych układów molekularnych18,19,20,21. W niniejszej pracy przygotowano nową pochodną hydrazonu zawierającą grupy amidowe i zbadano jej właściwości fotoprzełączające w celu wyznaczenia wydajności kwantowej fotoizomeryzacji.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Akwizycja widma 1H NMR w stanie fotostacjonarnym (PSS)

  1. Do naturalnej kwarcowej probówki NMR zawierającej 4,2 mg (0,01 mmol) przełącznika 1 hydrazonu dodaj 1,0 ml deuterowanego dimetylosulfotlenku (DMSO-d 6). Przenieś połowę roztworu do innej probówki NMR.
  2. Umieść jedną z probówek NMR 1 cm przed ksenonową lampą łukową wyposażoną w filtr pasmowo-przepustowy 436 nm. Rozpocznij naświetlanie próbki NMR i rejestruj widmo 1H NMR każdego dnia, aż nie nastąpi żadna zmiana widma, gdy przełącznik 1 osiągnie PSS. Po osiągnięciu PSS trzymaj probówkę NMR w ciemności w temperaturze pokojowej i zarejestruj widmo 1H NMR po 12 godzinach, aby monitorować postęp relaksacji termicznej.
    UWAGA: Przełącznik 1 nie wykazuje żadnych znaczących zmian w widmie 1H NMR w temperaturze pokojowej ze względu na jego bistabilny charakter.
  3. W przypadku drugiej probówki NMR powtórz krok 1.2 z filtrem pasmowo-przepustowym 340 nm, aby uzyskać widmo 1H NMR przy PSS przy napromieniowaniu 340 nm.
  4. Otwórz pliki fid widm NMR w PSS za pomocą oprogramowania do przetwarzania NMR. Zintegrować charakterystyczny zestaw pików (H1: C2 proton chinoliny, H2: proton w parapozycji do grupy hydrazonowej, H3:CH3 estru etylowego) różnych izomerów i obliczyć stosunek izomeryczny (Rysunek 2).
    UWAGA: Kompozycje (stosunek [1-Z]:[1-E]) przy napromieniowaniu 436 nm i 340 nm wynoszą odpowiednio 8:92 i 82:18.

2. Spektroskopia absorpcyjna UV-Vis w PSS

  1. Do szklanej fiolki zawierającej 12,6 mg (0,03 mmol) 1 dodać 2 ml DMSO klasy spektroskopowej. Weź 100 μl roztworu i rozcieńczyć 1400 μl DMSO, aby uzyskać 1 mM roztwór 1. Przenieść 20 μl 1 mM roztworu 1 do kuwety kwarcowej o długości ścieżki optycznej 1,0 cm i rozcieńczyć 1980 μl DMSO, aby uzyskać 10 μM roztwór 1. Uszczelnij kuwetę korkiem z PTFE i trzymaj próbkę w ciemności.
  2. Przygotować kolejną kuwetę kwarcową zawierającą 2 ml DMSO jako próbkę ślepą. Zmierzyć widmo UV-VIS próbki ślepej w celu skorygowania linii podstawowej.
  3. Umieścić próbkę z kroku 2.1 1 cm przed ksenonową lampą łukową wyposażoną w filtr pasmowo-przepustowy 436 nm. Rozpocznij naświetlanie próbki i mierz widmo UV-Vis co 2 godziny, aż nie nastąpi żadna zmiana w widmie, gdy 1 osiągnie PSS (Rysunek 3).
    UWAGA: Czas potrzebny do osiągnięcia PSS dla próbki ze spektroskopii UV-Vis jest znacznie krótszy niż w przypadku próbki NMR o wyższym stężeniu.
  4. Powtórz krok 2.3 z filtrem pasmowo-przepustowym 340 nm, aby uzyskać widmo UV-Vis przy PSS przy napromieniowaniu 340 nm.
  5. Wydedukuj widma absorbancji czystych 1-Z i 1-E za pomocą Eq (1) i Eq (2) (Rysunek 4).
    figure-protocol-1 (1)
    figure-protocol-2 (2)
    gdzie R436 = stosunek 1-Z przy PSS przy napromieniowaniu 436 nm; R340 = stosunek 1-Z przy PSS przy napromieniowaniu 340 nm; A436 = absorbancja 1 w DMSO przy PSS przy napromieniowaniu 436 nm; A340 = absorbancja 1 w DMSO przy PSS przy napromieniowaniu 340 nm.
  6. Obliczyć molowe współczynniki tłumienia czystych 1-Z i 1-E przy wszystkich długościach fal, dzieląc obserwowaną absorbancję przez stężenie próbki (10 μM) i długość drogi optycznej (1 cm).

3. Badania kinetyczne nad relaksacją termiczną

  1. Podgrzać olej silikonowy napełniony cyrkulatorem łaźni grzewczej do żądanej temperatury (131 °C) i sprawdzić, czy temperatura kąpieli jest ustabilizowana. Zanurz dwie próbki NMR z kroku 1.2 w łaźni grzewczej.
    UWAGA: Temperatura i czas nagrzewania są regulowane w zależności od stopnia relaksacji.
  2. Po 1 godzinie ogrzewania szybko przenieś probówki NMR do suchej łaźni lodowej, aby wstrzymać relaksację termiczną spowodowaną ciepłem utajonym (Rysunek 5).
    UWAGA: Niedokładna temperatura lub czas ogrzewania mogą prowadzić do poważnego błędu w oszacowaniu stałej szybkości.
  3. Rozmrozić próbki NMR uzyskane z kroku 3.2 w temperaturze pokojowej i upewnić się, że DMSO jest rozmrożone. Zapisać widma 1H NMR próbek.
  4. Powtarzaj kroki 3.1-3.3, aż nie nastąpi żadna zmiana w widmach 1H NMR, gdy 1 osiągnie równowagę termodynamiczną.
  5. Powtórzyć kroki 3.1-3.4 w różnych temperaturach (134, 137, 140 i 143 °C).
  6. Otworzyć pliki fid widm NMR otrzymanych w trakcie ogrzewania w temperaturze 131 °C. Obliczyć uśrednione stosunki izomeryczne zgodnie z opisem w kroku 1.4. Obliczyć stężenie 1-E (izomeru metastabilnego) na podstawie całkowitego stężenia próbki (10 mM) i stosunku izomerycznego.
  7. Wykreślić uśrednione stężenie 1-E (CE) w funkcji czasu nagrzewania. Wykonaj wykładnicze dopasowanie do danych, aby uzyskać stałą szybkości relaksacji termicznej za pomocą korektora (3)15,22 (Rysunek 6).
    figure-protocol-3 (3)
    Gdzie figure-protocol-4 (M) = stężenie 1-E w stanie początkowym; figure-protocol-5 (M) = stężenie 1-E w równowadze termodynamicznej w określonej temperaturze; k (s-1) = stała szybkości relaksacji termicznej w określonej temperaturze; t (s) = czas nagrzewania.
  8. Powtórz kroki od 3.6 do 3.7, korzystając z danych uzyskanych w różnych temperaturach.
  9. Wykreśl ln(k) w porównaniu z figure-protocol-6 i wykonaj dopasowanie liniowe zgodnie z równaniem Arrheniusa (Eq (4)) w celu ekstrapolacji stałej szybkości w temperaturze pokojowej (Rysunek 7).
    figure-protocol-7 (4)
    Gdzie A = współczynnik przedwykładniczy; Ea (J·mol-1) = energia aktywacji dla relaksacji termicznej; R = stała gazu doskonałego (8,3145 J·mol-1 K-1); T (K) = temperatura bezwzględna.
  10. Obliczyć termiczny okres półtrwania 1-E w temperaturze pokojowej za pomocą korektora (5).
    figure-protocol-8 (5)
    Gdzie τ1/2 (s) = termiczny okres półtrwania 1-E w temperaturze pokojowej; k (s-1) = stała szybkości relaksacji termicznej w temperaturze pokojowej uzyskana z kroku 3.9.
  11. Jeśli stała szybkości relaksacji termicznej jest szacowana tylko dla jednej temperatury, oblicz stałą szybkości w temperaturze pokojowej, korzystając z następującego równania Eyringa (Równanie (6))18,23.
    figure-protocol-9 (6)
    figure-protocol-10 (7)
    Gdzie figure-protocol-11 (J·mol-1) = energia aktywacji Gibbsa dla relaksacji termicznej; k1 (s-1) = stała szybkości relaksacji termicznej oszacowana w podwyższonej temperaturze; k2 (s-1) = stała szybkości relaksacji termicznej w temperaturze pokojowej (298,15 K); T1 (K) = temperatura bezwzględna, w której uzyskuje się k1; (K) = temperatura pokojowa (298,15 K).

4. Aktynometria ferioksalanów

UWAGA: Wszystkie procedury aktynometrii ferrioksalanowej muszą być wykonywane w ciemności lub świetle >600 nm, aby zapobiec wpływowi światła otoczenia.

  1. Do szklanej fiolki o pojemności 20 ml zawierającej 29,48 mg (0,06 mmol) trójwodnego żelazionoksalanu potasu dodać 8 ml wody dejonizowanej. Dodać 1 ml 0,5 M wodnego roztworuH2SO4 do roztworu ferrioksalianu i rozcieńczyć do 10 ml wodą dejonizowaną, aby przygotować 0,006 M ferrioksalanu w 0,05 M wodnym roztworzeH2SO4
    2. .
  2. Do innej szklanej fiolki o pojemności 20 ml zawierającej 10 mg 1,10-fenantroliny i 1,356 g bezwodnego octanu sodu dodać 10 ml 0,5 M wodnego roztworuH2SO4, aby uzyskać buforowany0,1% (w/v) roztwór fenantroliny.
  3. Przenieś 2 ml roztworu 0,006 M ferrioksalanu z kroku 4.1 do kuwety kwarcowej o długości ścieżki optycznej 1,0 cm. Uszczelnij kuwetę korkiem z PTFE i trzymaj próbkę w ciemności.
  4. Przygotować kolejną kuwetę kwarcową zawierającą 2 ml 0,05 M wodnego roztworuH2SO4 jakopróbkę ślepą. Zmierzyć absorbancję promieniowania UV-VIS próbki ślepej w celu skorygowania linii podstawowej.
  5. Zmierzyć absorbancję promieniowania UV/VIS roztworu 0,006 M ferrioksalanu. Określić frakcję światła pochłoniętego, korzystając z absorbancji roztworu ferrioksalianu 0,006 M przy 340 i 436 nm i Eq (8) (Rysunek 8).
    figure-protocol-12 (8)
    Gdzie f = frakcja światła pochłonięta przez 0,006 M roztwór ferrioksalanu; Aλ = absorbancja 0,006 M roztworu ferrioksalianu o długości fali λ.
  6. Przygotuj dwie kuwety kwarcowe o długości ścieżki optycznej 1,0 cm i dodaj 2 ml roztworu ferrioksalianu 0,006 M.
  7. Umieścić jedną z próbek z kroku 4.6 w odległości 1 cm przed ksenonową lampą łukową wyposażoną w filtr pasmowoprzepustowy 436 nm. Drugą próbkę należy przechowywać w ciemności. Rozpocząć naświetlanie próbki przez 90 sekund. Po napromienieniu dodać 0,35 ml buforowanego 0,1% roztworu fenantroliny i pręta magnetycznego do obu kuwet, a następnie mieszać przez 1 godzinę w ciemności, aby utworzyć kompleks [Fe(phen)3]2+.
    UWAGA: Ferrioksalan jest fotochemicznie redukowany doFe2+, a następnie następuje prawie ilościowe tworzenie kompleksu tris-1,10-fenantroliny żelaza (II).
  8. Zmierzyć widmo absorpcyjne UV-VIS próbki nienapromieniowanej z kroku 4.6 w celu skorygowania linii podstawowej.
  9. Zmierzyć widmo absorpcyjne UV-VIS napromieniowanej próbki z kroku 4.7.
  10. Powtórz kroki 4.6-4.9 z filtrem pasmowo-przepustowym 340 nm (Rysunek 9).
    UWAGA: Gdy próbka ferrioksalianu zostanie wystawiona na działanie światła, nie może być ponownie użyta.
  11. Obliczyć molowy strumień fotonów docierający do kuwety za pomocą korektora (9).
    figure-protocol-13 (9)
    Gdzie I (mol·s-1) = molowy strumień fotonów docierający do kuwety; ΔA510 = różnica w absorbancji przy długości fali 510 nm między próbkami nienapromieniowanymi i napromieniowanymi; V = całkowita objętość roztworu (2,35 ml); ε510 = molowy współczynnik tłumienia kompleksu [Fe(phen)3]2+ (11100 M-1 cm-1)24; I = długość ścieżki optycznej kuwety kwarcowej (1,0 cm); t = czas napromieniania (90 s); f = pochłonięta frakcja światła uzyskana z kroku 4.5; ΦFe3+ = wydajność kwantowa fotoredukcji Fe3+ do Fe2+ (1,22 dla 340 nm, 1,11 dla 436 nm)25.

5. Wyznaczanie wydajności kwantowej fotoizomeryzacji

  1. Przygotować kuwetę kwarcową o długości ścieżki optycznej 1,0 cm, zawierającą 2 ml DMSO jako próbkę ślepą. Zmierzyć absorbancję promieniowania UV-VIS próbki ślepej w celu skorygowania linii podstawowej.
  2. Przygotować kuwetę kwarcową o długości ścieżki optycznej 1,0 cm, zawierającą 2 ml 10 μM roztworu 1 w DMSO otrzymanego z kroku 2.4 (wzbogacony w Z). Uszczelnij kuwety korkiem z PTFE.
  3. Umieścić próbkę z kroku 5.2 1 cm przed ksenonową lampą łukową wyposażoną w filtr pasmowo-przepustowy 436 nm. Rozpocznij naświetlanie próbki przy długości fali 436 nm i zmierz widmo absorpcyjne UV-Vis w różnych odstępach czasu, aż nie nastąpi żadna zmiana w widmie, gdy 1 osiągnie PSS (Rysunek 10).
    UWAGA: Układ napromieniania musi być dokładnie taki sam, jak ten używany do pomiaru molowego strumienia fotonów. Interwał napromieniania należy dostosować w zależności od szybkości fotoizomeryzacji. Ogólnie rzecz biorąc, odpowiednie jest 15-20 punktów danych przed dotarciem do PSS.
  4. Przygotować kuwetę kwarcową o długości ścieżki optycznej 1,0 cm, zawierającą 2 ml 10 μM roztworu 1 w DMSO otrzymanego z kroku 2.3 (wzbogacony w E). Uszczelnij kuwety korkiem z PTFE.
  5. Zastąp filtr pasmowoprzepustowy 436 nm filtrem pasmowoprzepustowym 340 nm i powtórz krok 5.3 dla próbki otrzymanej z kroku 5.4.
  6. Obliczyć współczynnik fotokinetyczny F(t), korzystając z zaobserwowanych absorbancji z kroku 5.3 i Eq (10)26.
    figure-protocol-14 (10)
    Gdzie Airr,t = absorbancja przy długości fali napromieniowania w czasie t.
  7. Oblicz pseudokwantową wydajność Q, korzystając z wartości współczynnika fotokinetycznego uzyskanych w kroku 5.6 i Eq (11)27.
    figure-protocol-15 (11)
    Gdzie Q (M-1 cm-1) = pseudo-kwantowa wydajność zdefiniowana jako ; figure-protocol-16; V(L) = objętość próbki; I (mol·s-1) = molowy strumień fotonów docierający do kuwety; l (cm) = długość ścieżki optycznej; t1, t2 (s) = dwa następujące po sobie punkty czasowe napromieniowania; F(t1), F(t2) = czynniki fotokinetyczne odpowiednio w czasie t1 i t2; Aobs,t1, Aobs,t2, Aobs,∞ = absorbancja przy określonej długości fali w czasie, t1 i t2 odpowiednio przy PSS.
    UWAGA: W celu uzyskania dokładności zaleca się stosowanie absorbancji przyλ max 1-Z.
  8. Oblicz uśrednioną wartość pseudokwantowej wydajności, korzystając z pierwszych dziesięciu punktów danych.
  9. Oblicz jednokierunkową wydajność kwantową dla fotoizomeryzacji Z-to-E i E-to-Z przy użyciu Eq (12) i Eq (13).
    figure-protocol-17 (12)
    figure-protocol-18 (13)
    Gdzie ΦZ→E, ΦE→Z = jednokierunkowe wyniki kwantowe odpowiednio dla procesów fotoizomeryzacji Z-to-E i E-to-Z; figure-protocol-19, figure-protocol-20 (M-1 cm-1) = molowe współczynniki tłumienia 1-Z i 1-E przy długości fali promieniowania; figure-protocol-21, figure-protocol-22 (M) = stężenia odpowiednio 1-Z i 1-E w PSS; Ctot (M) = całkowite stężenie 1.
  10. Powtórzyć kroki 5.6-5.9, korzystając z danych uzyskanych z kroku 5.5 w celu obliczenia jednokierunkowej wydajności kwantowej fotoizomeryzacji pod wpływem promieniowania przy długości fali 340 nm.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Po napromieniowaniu 1 w probówce NMR światłem o długości 436 nm (Z:E = 54:46 w stanie początkowym), proporcja 1-E wzrasta ze względu na dominującą izomeryzację Z-to-E wiązania hydrazonu C=N (Rysunek 1). Stosunek izomeryczny można łatwo uzyskać na podstawie względnych intensywności sygnału różnych izomerów w widmie 1H NMR (Rysunek 2). Po 5 dniach napromieniania przy długości fali 436 nm próbka osiąga PS...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Opracowano różne strategie dostrajania właściwości spektralnych i przełączających fotoprzełączników, a rejestr fotoprzełączników szybko się rozszerza28. Dlatego tak ważne jest prawidłowe określenie ich właściwości fotofizycznych i przewidujemy, że metody podsumowane w tym artykule będą pomocnym przewodnikiem dla eksperymentatorów. Zakładając, że tempo relaksacji termicznej jest bardzo niskie w temperaturze pokojowej, pomiar składu PSS przy różnych długościach fal napromieniowania, współczynniki tł...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy deklarują brak konfliktu interesów.

Podziękowania

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ta praca była wspierana przez Chung-Ang University Research Grants w 2019 roku oraz National Research Foundation of Korea (NRF-2020R1C1C1011134).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
1,10-fenantrolinaSigma-Aldrich131377-2.5G
Filtr pasmowoprzepustowy 340 nm, średnica 25 mm, 10 nm FWHMEdmund Optics#65-129
Filtr pasmowo-przepustowy 436 nm, średnica 25 mm, 10 nm FWHMEdmund Optics#65-138
Bezwodny octan soduAlfa aesarA13184.30
DimetylosulfotlenekSamchunD1138
Sultlenek dimetylu klasy HPLC-d6Sigma-Aldrich151874-25g
Gemini 2000; Spektrometr NMR 300 MHzVarian
H2SO4Duksan235
Łaźnia grzewczaJeioTechCW-05G
MestReNova 14.1.1Mestrelab Research S.L., https://mestrelab.com/
Rurka NMR z naturalnego kwarcuNorellS-5-200-QTZ-7
Trójwodny ferrioksalan potasuAlfa aesar31124.06
Kwarcowa komórka absorpcyjnaHellmaHE.110.QS10
Spektrofotometr UV-VISScincoS-3100
Ksenonowa lampa łukowaThorlabsSLS205Adapter światłowodowy został usunięty

Bibliografia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Kathan, M., Hecht, S. Photoswitchable molecules as key ingredients to drive systems away from the global thermodynamic minimum. Chemical Society Reviews. 46, 5536-5550 (2017).
  2. Feringa, B. L., Browne, W. R. Molecular Switches. 2nd ed. , Wiley-VCH. Weinheim. (2011).
  3. Baroncini, M., Silvi, S., Credi, A. Photo- and redox-driven artificial molecular motors. Chemical Reviews. 120 (1), 200-268 (2020).
  4. Goulet-Hanssens, A., Eisenreich, F., Hecht, S. Enlightening materials with photoswitches. Advanced Materials. 32 (20), 1905966(2020).
  5. Basílio, N., Pischel, U. Drug delivery by controlling a supramolecular host-guest assembly with a reversible photoswitch. Chemistry-A European Journal. 22 (43), 15208-15211 (2016).
  6. Wegener, M., Hansen, M. J., Driessen, A. J. M., Szymanski, W., Feringa, B. L. Photocontrol of antibacterial activity: shifting from UV to red light activation. Journal of the American Chemical Society. 139 (49), 17979-17986 (2017).
  7. Izquierdo-Serra, M., et al. Optical control of endogenous receptors and cellular excitability using targeted covalent photoswitches. Nature Communications. 7 (1), 12221(2016).
  8. Mourot, A., et al. Rapid optical control of nociception with an ion-channel photoswitch. Nature Methods. 9 (4), 396-402 (2012).
  9. Griffiths, K., Halcovitch, N. R., Griffin, J. M. Long-term solar energy storage under ambient conditions in a MOF-based solid-solid phase-change material. Chemistry of Materials. 32 (23), 9925-9936 (2020).
  10. Sun, C. -L., Wang, C., Boulatov, R. Applications of photoswitches in the storage of solar energy. ChemPhotoChem. 3 (6), 268-283 (2019).
  11. Gu, M., Zhang, Q., Lamon, S. Nanomaterials for optical data storage. Nature Reviews Materials. 1 (12), 16070(2016).
  12. Roke, D., Wezenberg, S. J., Feringa, B. L. Molecular rotary motors: Unidirectional motion around double bonds. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 115 (38), 9423-9431 (2018).
  13. Stranius, K., Börjesson, K. Determining the photoisomerization quantum yield of photoswitchable molecules in solution and in the solid state. Scientific Reports. 7 (1), 41145(2017).
  14. Schneider, W. E. Long term spectral irradiance measurements of a 1000-watt xenon arc lamp. NASA-CR. , 132533(1974).
  15. Qian, H., Pramanik, S., Aprahamian, I. Photochromic hydrazone switches with extremely long thermal half-lives. Journal of the American Chemical Society. 139 (27), 9140-9143 (2017).
  16. Shao, B., et al. Solution and solid-state emission toggling of a photochromic hydrazone. Journal of the American Chemical Society. 140 (39), 12323-12327 (2018).
  17. Shao, B., Qian, H., Li, Q., Aprahamian, I. Structure property analysis of the solution and solid-state properties of bistable photochromic hydrazones. Journal of the American Chemical Society. 141 (20), 8364-8371 (2019).
  18. Moran, M. J., Magrini, M., Walba, D. M., Aprahamian, I. Driving a liquid crystal phase transition using a photochromic hydrazone. Journal of the American Chemical Society. 140 (42), 13623-13627 (2018).
  19. Guo, X., Shao, B., Zhou, S., Aprahamian, I., Chen, Z. Visualizing intracellular particles and precise control of drug release using an emissive hydrazone photochrome. Chemical Science. 11 (11), 3016-3021 (2020).
  20. Yang, S., et al. Dynamic enzymatic synthesis of γ-cyclodextrin using a photoremovable hydrazone template. Chem. 7 (8), 2190-2200 (2021).
  21. Yang, S., et al. Multistage reversible Tg photomodulation and hardening of hydrazone-containing polymers. Journal of the American Chemical Society. 143 (40), 16348-16353 (2021).
  22. Connors, K. A. Chemical kinetics : the study of reaction rates in solution. , VCH. New York. (1990).
  23. Shao, B., Qian, H., Li, Q., Aprahamian, I. Structure property analysis of the solution and solid-state properties of bistable photochromic hydrazones. Journal of the American Chemical Society. 141 (20), 8364-8371 (2019).
  24. Kuhn, H., Braslavsky, S., Schmidt, R. Chemical actinometry (IUPAC technical report). Pure and Applied Chemistry. 76 (12), 2105-2146 (2004).
  25. Murov, S. L., Carmichael, I., Hug, G. L. Handbook of hotochemistry 2nd ed. Rev. And expanded. , Marcel Dekker. New York. (1993).
  26. Dürr, H., Bouas-Laurent, H. Photochromism: Molecules and Systems. , Elsevier. Amsterdam. (2003).
  27. Klán, P., Wirz, J. Photochemistry of Organic Compounds: From Concepts to Practice. , Wiley. Hoboken. (2009).
  28. Harris, J. D., Moran, M. J., Aprahamian, I. New molecular switch architectures. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 115 (38), 9414-9422 (2018).
  29. Maafi, M., Brown, R. G. The kinetic model for AB(1ϕ) systems: A closed-form integration of the differential equation with a variable photokinetic factor. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. 187, 319-324 (2007).
  30. Lahikainen, M., et al. Tunable photomechanics in diarylethene-driven liquid crystal network actuators. ACS Applied Materials & Interfaces. 12 (42), 47939-47947 (2020).
  31. Mallo, N., et al. Photochromic switching behaviour of donor-acceptor Stenhouse adducts in organic solvents. Chemical Communications. 52, 13576-13579 (2016).
  32. Feldmeier, C., Bartling, H., Riedle, E., Gschwind, R. M. LED based NMR illumination device for mechanistic studies on photochemical reactions - Versatile and simple, yet surprisingly powerful. Journal of Magnetic Resonance. 232, 39-44 (2013).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Photoisomerization Quantum YieldHydrazone PhotoswitchUV Visible SpectroscopyProton NMRThermal RelaxationFerrioxalate ActinometryMolar Photon FluxIsomeric RatioPhotochromic HydrazoneArrhenius Plot

Powiązane artykuły