JoVE Logo
Faculty Resource Center
Authors
Librarians
High Schools
About

Sign In

Summary

Abstract

Introduction

Protocol

Representative Results

Discussion

Acknowledgements

Materials

References

Chemistry

تحديد العائد الكمومي للأيزومرات الضوئية ل Hydrazone Photoswitch

Published: February 7th, 2022

DOI:

10.3791/63398

1Department of Chemistry, Chung-Ang University
* These authors contributed equally

العائد الكمومي للأيزومرات الضوئية هو خاصية فيزيائية ضوئية أساسية يجب تحديدها بدقة في التحقيق في مفاتيح التبديل الضوئية المطورة حديثا. هنا ، نصف مجموعة من الإجراءات لقياس العائد الكمومي للأيزومرات الضوئية للهيدرازون الفوتوكرومي كنموذج تبديل ضوئي ثنائي الاستقرار.

تعد الجزيئات العضوية التي تخضع لتحولات هيكلية مدفوعة بالضوء مكونات رئيسية لبناء أنظمة جزيئية تكيفية ، ويتم استخدامها في مجموعة واسعة من التطبيقات. في معظم الدراسات التي تستخدم مفاتيح التبديل الضوئي ، يتم تحديد العديد من الخصائص الفيزيائية الضوئية المهمة مثل الأطوال الموجية القصوى للامتصاص والانبعاثات ، ومعامل التوهين المولي ، وعمر التألق ، والعائد الكمومي للأيزومرات الضوئية بعناية للتحقيق في حالاتها الإلكترونية وعملياتها الانتقالية. ومع ذلك، فإن قياس العائد الكمومي للأيزومرات الضوئية، وكفاءة الأيزومرات الضوئية فيما يتعلق بالفوتونات الممتصة، في بيئة مختبرية نموذجية غالبا ما يكون معقدا وعرضة للخطأ لأنه يتطلب تنفيذ قياسات وحسابات طيفية صارمة تستند إلى طريقة تكامل مناسبة. تقدم هذه المقالة مجموعة من الإجراءات لقياس العائد الكمومي للإيزومرات الضوئية لمبدل ضوئي ثنائي الاستقرار باستخدام هيدرازون فوتوكرومي. نتوقع أن تكون هذه المقالة دليلا مفيدا للتحقيق في مفاتيح التبديل الضوئية ثنائية الاستقرار التي يتم تطويرها بشكل متزايد.

جذبت الجزيئات العضوية الفوتوكرومية اهتماما كبيرا في مجموعة واسعة من التخصصات العلمية حيث أن الضوء هو حافز فريد يمكن أن يدفع النظام بعيدا عن توازنه الديناميكي الحراري بشكل غير جراحي1. يسمح تشعيع الضوء بالطاقات المناسبة بالتشكيل الهيكلي للمفاتيح الضوئية بدقة مكانية زمانية عالية2،3،4. وبفضل هذه المزايا، تم تطوير واستخدام أنواع مختلفة من مفاتيح التبديل الضوئي القائمة على الأيزومرات التكوينية للروابط المزدوجة (مثل ستيلبين، وأزوبنزين، وإيمين، وفوماراميدس، وثيوانديجوس) وفتح/إغلاق الحلقة (مثل السبيروبيران، وثنائي ثيينيليثينز، والفولجيد، وقنوات ستينهاوس المتقبل....

Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1. 1H الحصول على طيف الرنين المغناطيسي النووي في الحالة الثابتة ضوئيا (PSS)

  1. في أنبوب الرنين المغناطيسي النووي للكوارتز الطبيعي الذي يحتوي على 4.2 ملغ (0.01 ملليمول) من مفتاح الهيدرازون 1 ، أضف 1.0 مل من ثنائي ميثيل سلفوكسيد الوتر (DMSO-d 6). نقل نصف الحل إلى أنبوب .......

Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

عند تشعيع 1 في أنبوب NMR مع ضوء 436 نانومتر (Z: E = 54: 46 في الحالة الأولية) ، تزداد نسبة 1-E بسبب أيزومرات Z-to-E السائدة لرابطة hydrazone C = N (الشكل 1). ويمكن الحصول بسهولة على النسبة الأيزومرية من شدة الإشارة النسبية للأيزومرات المتميزة في طيف الرنين ا.......

Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

تم تطوير استراتيجيات مختلفة لضبط الخصائص الطيفية والتبديل للمفاتيح الضوئية ، ويتوسع سجل مفاتيح التبديل الضوئية بسرعة28. وبالتالي ، من الأهمية بمكان تحديد خصائصها الفيزيائية الضوئية بشكل صحيح ، ونتوقع أن تكون الطرق الملخصة في هذه المقالة دليلا مفيدا للمجربين. شريطة أن يكون م?.......

Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

تم دعم هذا العمل من خلال منح أبحاث جامعة تشونغ آنغ في عام 2019 والمؤسسة الوطنية للبحوث في كوريا (NRF-2020R1C1C1011134).

....

Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

NameCompanyCatalog NumberComments
1,10-phenanthrolineSigma-Aldrich131377-2.5G
340 nm bandpass filter, 25 mm diameter, 10 nm FWHMEdmund Optics#65-129
436 nm bandpass filter, 25 mm diameter, 10 nm FWHMEdmund Optics#65-138
Anhydrous sodium acetateAlfa aesarA13184.30
Dimethyl sulfoxideSamchunD1138HPLC grade
Dimethyl sulfoxide-d6Sigma-Aldrich151874-25g
Gemini 2000; 300 MHz NMR spectrometerVarian
H2SO4Duksan235
Heating bathJeioTechCW-05G
MestReNova 14.1.1Mestrelab Research S.L., https://mestrelab.com/
Natural quartz NMR tubeNorellS-5-200-QTZ-7
Potassium ferrioxalate trihydrateAlfa aesar31124.06
Quartz absorption cellHellmaHE.110.QS10
UV-VIS spectrophotometerScincoS-3100
Xenon arc lampThorlabsSLS205Fiber adapter was removed

  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. , (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. , (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. , (1993).
  26. Dürr, H., Bouas-Laurent, H. . Photochromism: Molecules and Systems. , (2003).
  27. Klán, P., Wirz, J. . Photochemistry of Organic Compounds: From Concepts to Practice. , (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).

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2024 MyJoVE Corporation. All rights reserved