Bir Hidrazon Fotoşalterinin Fotoizomerizasyon Kuantum Veriminin Belirlenmesi

Burada, bir model fotoanahtarlama molekülü olarak bir fotokromik hidrazonun fotoizomerizasyon kuantum veriminin hassas ölçümü için bir dizi protokolü açıklıyoruz. Burada tanıtılan yöntemler, diğer iki kararlı fotoswitch ailelerine uygulanabilir. Foto-fiziksel özellikler için farklı olan fotoşalterler için protokoller ve bunların seçim yönergeleri ek bilgilerde verilmiştir.

Başlamak için, NMR örneğini 436 nanometre bant geçiş filtresi ile donatılmış bir ksenon ark lambasının önüne bir santimetre mesafeye yerleştirin ve ışınlamaya başlayın. Anahtar PSS'ye ulaştığında spektrumda değişim olana kadar her gün bir proton NMR spektrumu kaydedin. Başka bir NMR örneği için, 340 nanometrelik bir bant geçiş filtresi kullanarak çözeltiyi ışınlayın ve NMR spektrumunu daha önce açıklandığı gibi kaydedin.

NMR spektrumlarının FID dosyalarını NMR işleme yazılımı ile PSS'lerde açın. Farklı izomerlerin ayırt edici bir tepe kümesini entegre edin ve izomerik oranları hesaplayın. Hazırlanan numuneyi, 436 nanometre bant geçiş filtresi ile donatılmış bir ksenon ark lambasının önüne bir santimetre mesafeye yerleştirin ve ışınlamaya başlayın.

UV-görünür absorpsiyon spektrumunu, anahtar PSS'ye ulaştığında spektrumda herhangi bir değişiklik olana kadar her iki saatte bir ölçün. Başka bir numune için, 340 nanometrelik bir bant geçiş filtresi kullanarak çözeltiyi ışınlayın ve PSS'deki UV görünür spektrumunu aynı şekilde ölçün. Saf 1-Z ve 1-E izomerlerinin absorbans spektrumlarını çıkarın ve metinde açıklandığı gibi tüm dalga boylarında molar zayıflama katsayılarını hesaplayın.

Bir ısıtma banyosu sirkülatörüne doldurulmuş silikon yağını 131 santigrat dereceye ısıtın ve banyo sıcaklığının stabilize olup olmadığını kontrol edin. Isıtma banyosuna iki NMR numune tüpünü batırın. Bir saatlik ısıtmadan sonra, gizli ısının neden olduğu termal gevşemeyi duraklatmak için NMR tüplerini hızlı bir şekilde kuru bir buz banyosuna aktarın.

NMR numunelerini oda sıcaklığında çözün ve dimetil sülfoksitin çözüldüğünden emin olun. Ardından, örneklerin proton NMR spektrumlarını kaydedin. Isıtma ve çözme işlemini tekrar gerçekleştirin ve proton NMR spektrumlarında herhangi bir değişiklik kalmayıncaya kadar numunelerin proton NMR spektrumlarını, birinci anahtar termodinamik dengeye ulaştığında kaydedin.

Isıtma sırasında elde edilen NMR spektrumlarının FID dosyalarını açın ve toplam numune konsantrasyonuna ve izomerik orana göre 1-E konsantrasyonunu hesaplayın. Ardından, ısıtma süresinin bir fonksiyonu olarak ortalama 1-E konsantrasyonunu çizin. Metinde açıklandığı gibi denklemi kullanarak termal gevşemenin hız sabiti K'yı elde etmek için verilere üstel bir uyum gerçekleştirin.

K'nın doğal günlüğünü T.'nin karşılıklı olarak çizinOda sıcaklığındaki hız sabitini tahmin etmek ve metinde açıklandığı gibi denklemi kullanarak oda sıcaklığında 1-E'nin termal yarı ömrünü hesaplamak için metinde açıklandığı gibi Arrhenius denklemine göre doğrusal bir uyum gerçekleştirin. 29.48 miligram potasyum ferrioksalat trihidrat içeren 20 mililitrelik bir cam şişede, sekiz mililitre deiyonize su ekleyin. Ferrioksalat çözeltisine bir mililitre 0.5 molar sulu sülfürik asit ekleyin ve 0.05 molar sulu sülfürik asit çözeltisinde 0.006 molar ferrioksalat hazırlamak için deiyonize su ile 10 mililitreye seyreltin.

10 miligram 1, 10-fenantropin ve 1.356 gram susuz sodyum asetat içeren başka bir 20 mililitrelik cam şişede, tamponlanmış% 0.1 fenantropin çözeltisi yapmak için 10 mililitre 0.1 molar sulu sülfürik asit ekleyin. Ferrioksalat çözeltisinin UV görünür absorpsiyon spektrumunu ölçün. Metinde açıklandığı gibi ferrioksalat çözeltisinin emiciliklerini kullanarak emilen ışığın 340 ve 436 nanometredeki fraksiyonunu belirleyin.

Ferrioxalate çözeltisini içeren kuvars küvet, 436 nanometre bant geçiş filtresi ile donatılmış ksenon ark lambasının bir santimetre önüne yerleştirin. 90 saniye boyunca numuneye ışınlamaya başlayın. Işınlamadan sonra, küvete 0.35 mililitre fenantropin çözeltisi ve manyetik bir çubuk ekleyin, ardından bir ferroin kompleksi oluşturmak için karanlıkta bir saat karıştırın.

Işınlanmamış bir numune olarak iki mililitre ışınlanmamış ferrioksalat çözeltisi ve 0.35 mililitre fenantropin çözeltisi içeren bir kuvars küvet hazırlayın. Işınlanmamış ve ışınlanmış numuneler arasındaki UV görünür absorpsiyon farkını ölçün. Daha önce açıklanan UV görünür absorpsiyon spektrumunun numune hazırlama ve ölçümü için prosedürü 340 nanometre bant geçiş filtresi ile tekrarlayın.

Bu denklemi kullanarak küvete gelen molar foton akısını hesaplayın. Hazırlanan numuneyi, 436 nanometre bant geçiş filtresi ile donatılmış ksenon ark lambasının önüne bir santimetre yerleştirin ve ışınlamaya başlayın. UV-görünür absorpsiyon spektrumunu, anahtar PSS'ye ulaştığında spektrumda herhangi bir değişiklik olmayacak şekilde farklı aralıklarla ölçün.

PSS'ye ulaştıktan sonra, küvetin UV-Vis spektrofotometresinden kurtarılması ve 340 nanometrelik bir bant geçiş filtresi kullanarak çözeltinin ışınlanması. Daha önce açıklandığı gibi UV görünür absorpsiyon spektrumunu ölçün. Elde edilen UV-Vis absorpsiyon spektrumlarından, ışınlama dalga boylarında gözlenen absorbansları kullanarak fotokinetik faktör Ft değerlerini hesaplayın.

Z'den E'ye ve E'den Z'ye fotoizomerizasyon işlemleri için tek yönlü kuantum verimlerini hesaplayın. 436 nanometrede ışınlama üzerine, hidrazon CN çift bağının baskın Z-E izomerizasyonu nedeniyle 1-E oranı artar. İzomerik oran, 1H NMR spektrumundaki farklı izomerlerin göreceli sinyal yoğunluklarından elde edildi.

436 nanometrede, örnek 1-E'nin% 92'sini gösterirken, 340 nanometrede 1-Z'nin% 82'si bulundu. PSS'deki ismomerik oranlar ve UV-Vis absorpsiyon spektrumları, saf 1-Z ve 1-E izomerlerinin UV-Vis spektrumlarını çıkarmak için kullanılır. Saf izomerlerin bu spektrumları, eksik fotoizomerizasyonun ters fotokimyasal sürece atfedildiğini göstermektedir.

Fotoizomerizasyon kuantum verimini belirlemek için, E'den Z'ye termal gevşeme hızının ve etkili molar foton akısının ölçülmesi gerekir. Arrhenius grafiğinden tahmin edilen termal gevşeme hızı sabiti oda sıcaklığında çok küçüktü ve bu nedenle fotoizomerizasyon işleminde termal gevşemenin etkisi göz ardı edilebilirdi. Numuneye ulaşan etkili molar foton akı, ferrioksalat aktinometrisinden elde edilmiş ve ışınlama dalga boyundaki fotoizomerizasyonun psödo-kuantum verimi hesaplanabilir.

Son olarak, Z'den E'ye ve E'den Z'ye fotoizomerizasyon işlemleri için tek yönlü kuantum verimleri, sahte kuantum verimlerinden hesaplanabilir. Fotoizomerizasyon kuantum veriminin belirlenmesi için, oda sıcaklığındaki termal gevşeme hızının ve etkili molar foton akısının kesin değerlerinin elde edilmesi esastır. Hidrazonlar dışındaki iki kararlı fotoanahtarlarla uğraşanlar için, ek bilgilerde açıklanan fotokinetik faktör için uygun entegrasyon yöntemini kullanmak önemlidir.