JoVE Logo
Faculty Resource Center
Authors
Librarians
High Schools
About

Sign In

Summary

Abstract

Introduction

Protocol

Representative Results

Discussion

Acknowledgements

Materials

References

Chemistry

קביעת התפוקה הקוונטית של פוטואיזומריזציה של פוטו-וויזוץ' הידרזון

Published: February 7th, 2022

DOI:

10.3791/63398

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

תפוקה קוונטית של פוטו-איזומריזציה היא תכונה פוטופיזית בסיסית שיש לקבוע במדויק בחקירה של פוטו-מכשפות שפותחו לאחרונה. כאן נתאר סדרה של פרוצדורות למדידת התפוקה הקוונטית של פוטו-איזומריזציה של הידרזון פוטוכרומי כ-photowitch דו-כיווני מודל.

צילום מולקולות אורגניות שעוברות טרנספורמציות מבניות מונחות אור הן מרכיבים מרכזיים לבניית מערכות מולקולריות מסתגלות, והן משמשות במגוון רחב של יישומים. ברוב המחקרים המשתמשים בפוטו-מכשפות, מספר תכונות פוטופיזיות חשובות כגון אורכי גל מרביים של בליעה ופליטה, מקדם הנחתה טוחנת, אורך חיים פלואורסצנטי ותפוקה קוונטית של פוטואיזומריזציה נקבעות בקפידה כדי לחקור את המצבים האלקטרוניים שלהם ואת תהליכי המעבר שלהם. עם זאת, מדידה של התשואה הקוונטית של פוטואיזומריזציה, היעילות של פוטואיזומריזציה ביחס לפוטונים הנספגים, בסביבת מעבדה טיפוסית היא לעתים קרובות מסובכת ונוטה לטעות מכיוון שהיא דורשת יישום של מדידות וחישובים ספקטרוסקופיים קפדניים המבוססים על שיטת אינטגרציה מתאימה. מאמר זה מציג סדרה של נהלים למדידת התפוקה הקוונטית של פוטואיזומריזציה של פוטוסוויץ' דו-כיווני באמצעות הידרזון פוטוכרומי. אנו צופים כי מאמר זה יהיה מדריך שימושי לחקירת מכשפות צילום דו-כיווניות המתפתחות יותר ויותר.

מולקולות אורגניות פוטוכרמיות משכו תשומת לב רבה במגוון רחב של דיסציפלינות מדעיות, שכן אור הוא גירוי ייחודי שיכול להרחיק מערכת משיווי המשקל התרמודינמי שלה באופן לא פולשני1. הקרנה של אור עם אנרגיות מתאימות מאפשרת אפנון מבני של פוטו-מכשפות בדיוק מרחבי-טמפוראלי גבוה 2,3,4. הודות ליתרונות אלה, סוגים שונים של פוטו-מכשפות המבוססות על איזומריזציה קונפיגורטיבית של הקשרים הכפולים (למשל, סטילבנים, אזובנזנים, אימינים, פומראמידים, תיואנדיגו) ופתיחת/סגירה של טבעות (למשל, ספירופיראנים, דיתיינילטנים, פולגידים, תוסף סטנהאוס המקבל-תורם) פותחו ושימשו כמרכיבי הליבה של חומר....

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

1. 1רכישת ספקטרום H NMR במצב פוטו-סטציונרי (PSS)

  1. בצינור קוורץ NMR טבעי המכיל 4.2 מ"ג (0.01 מילימול) של מתג הידרזון 1, הוסיפו 1.0 מ"ל של דימתיל סולפוקסיד (DMSO-d 6). העברת מחצית מהתמיסה לצינור NMR אחר.
  2. הניחו את אחד מצינורות ה-NMR בגודל 1 ס"מ לפני מנורת קשת קסנון המצוידת ?.......

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

לאחר הקרנה של 1 בצינור NMR עם אור של 436 ננומטר (Z:E = 54:46 במצב ההתחלתי), היחס של 1-E עולה עקב האיזומריזציה הדומיננטית של Z-to-E של קשר ההידרזון C=N (איור 1). ניתן לקבל בקלות את היחס האיזומרי מעוצמות האות היחסיות של איזומרים מובחנים בספקטרום 1H NMR.......

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

פותחו אסטרטגיות שונות לכוונון התכונות הספקטרליות והמיתוגיות של פוטו-מכשפות, ואוגר הפוטו-מכשפות מתרחב במהירות28. לכן חיוני לקבוע נכונה את התכונות הפוטו-פיזיקליות שלהם, ואנו צופים שהשיטות המסוכמות במאמר זה יהיו מדריך מועיל לנסיינים. בתנאי שקצב ההרפיה התרמית איטי מאוד בטמפרטור.......

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

עבודה זו נתמכה על ידי מענקי המחקר של אוניברסיטת צ'ונג-אנג בשנת 2019 וקרן המחקר הלאומית של קוריאה (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