JoVE Logo
Faculty Resource Center
Authors
Librarians
High Schools
About

Sign In

Summary

Abstract

Introduction

Protocol

Representative Results

Discussion

Acknowledgements

Materials

References

Chemistry

Bir Hidrazon Fotoşalterinin Fotoizomerizasyon Kuantum Veriminin Belirlenmesi

Published: February 7th, 2022

DOI:

10.3791/63398

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

Fotoizomerizasyon kuantum verimi, yeni geliştirilen fotoanahtarların araştırılmasında doğru bir şekilde belirlenmesi gereken temel bir fotofiziksel özelliktir. Burada, bir fotokromik hidrazon'un fotoizomerizasyon kuantum verimini model bir çift kararlı fotoanahtar olarak ölçmek için bir dizi prosedürü açıklıyoruz.

Işık güdümlü yapısal dönüşümlere uğrayan fotoanahtarlama organik molekülleri, uyarlanabilir moleküler sistemler oluşturmak için anahtar bileşenlerdir ve çok çeşitli uygulamalarda kullanılırlar. Fotoşalterlerin kullanıldığı çoğu çalışmada, maksimum absorpsiyon ve emisyon dalga boyları, molar zayıflama katsayısı, floresan ömrü ve fotoizomerizasyon kuantum verimi gibi birkaç önemli fotofiziksel özellik, elektronik durumlarını ve geçiş süreçlerini araştırmak için dikkatlice belirlenmiştir. Bununla birlikte, fotoizomerizasyon kuantum veriminin ölçülmesi, emilen fotonlara göre fotoizomerizasyonun etkinliği, tipik bir laboratuvar ortamında genellikle karmaşıktır ve hataya eğilimlidir, çünkü titiz spektroskopik ölçümlerin ve uygun bir entegrasyon yöntemine dayanan hesaplamaların uygulanmasını gerektirir. Bu makalede, fotokromik hidrazon kullanarak iki kararlı bir fotoanahtarın fotoizomerizasyon kuantum verimini ölçmek için bir dizi prosedür tanıtılmaktadır. Bu makalenin, giderek daha fazla geliştirilmekte olan iki kararlı foto anahtarların araştırılması için yararlı bir rehber olacağını tahmin ediyoruz.

Fotokromik organik moleküller, çok çeşitli bilimsel disiplinlerde dikkat çekmiştir, çünkü ışık, bir sistemi termodinamik dengesinden invaziv olmayanbir şekilde uzaklaştırabilen benzersiz bir uyarandır. Işığın uygun enerjilerle ışınlanması, fotoanahtarların yüksek mekansal zamansal hassasiyetle yapısal modülasyonuna izin verir 2,3,4. Bu avantajlar sayesinde, çift bağların (örneğin, stilbenler, azobenzenler, iminler, fumaramidler, tiyoindigolar) ve halka açma / kapamalarının (örneğin, spiropiranlar, ditieniletenler, fulgidler, donör-alıcı Stenhouse adduk....

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

1. Fotodurağan durumda (PSS) 1H NMR spektrum kazanımı

  1. 4.2 mg (0.01 mmol) hidrazon anahtarı 1 içeren doğal bir kuvars NMR tüpünde, 1.0 mL deuterated dimetil sülfoksit (DMSO-d 6) ekleyin. Çözeltinin yarısını başka bir NMR tüpüne aktarın.
  2. NMR tüplerinden birini, 436 nm bandpass filtresi ile donatılmış bir Xenon ark lambasının 1 cm önüne yerleştirin. NMR örneğine ışınlamaya başlayın ve anahtar1 PS.......

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

436 nm ışıklı bir NMR tüpünde 1'in ışınlanması üzerine (başlangıç durumunda Z: E = 54: 46), hidrazon C = N bağının baskın Z-to-E izomerizasyonu nedeniyle 1-E oranı artar (Şekil 1). İzomerik oran, 1H NMR spektrumundaki farklı izomerlerin göreceli sinyal yoğunluklarından kolayca elde edilebilir (Şekil 2). 436 nm'de 5 günlük ışınlamadan sonra, numune .......

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

Foto anahtarların spektral ve anahtarlama özelliklerini ayarlamak için çeşitli stratejiler geliştirilmiştir ve foto anahtarların kaydı hızla genişlemektedir28. Bu nedenle, fotofiziksel özelliklerini doğru bir şekilde belirlemek çok önemlidir ve bu makalede özetlenen yöntemlerin deneyciler için yararlı bir rehber olacağını tahmin ediyoruz. Termal gevşeme hızının oda sıcaklığında çok yavaş olması koşuluyla, PSS bileşimlerinin farklı ışınlama dalga boylarında .......

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

Bu çalışma, 2019 yılında Chung-Ang Üniversitesi Araştırma Hibeleri ve Kore Ulusal Araştırma Vakfı (NRF-2020R1C1C1011134) tarafından desteklenmiştir.

....

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