히드라존 포토스위치의 광이성체화 양자 수율 결정
Summary
광이성체화 양자 수율은 새로 개발된 광스위치의 조사에서 정확하게 결정되어야 하는 기본적인 광물리학적 특성이다. 여기에서, 우리는 모델 이중안정 광스위치로서 광변색 히드라존의 광이성체화 양자 수율을 측정하기 위한 일련의 절차를 설명한다.
Abstract
광 구동 구조 변환을 겪는 광전환 유기 분자는 적응형 분자 시스템을 구성하는 핵심 구성 요소이며 다양한 응용 분야에서 활용됩니다. 광 스위치를 사용하는 대부분의 연구에서 흡수 및 방출의 최대 파장, 몰 감쇠 계수, 형광 수명 및 광이성체화 양자 수율과 같은 몇 가지 중요한 광물리학 적 특성은 전자 상태 및 전이 과정을 조사하기 위해 신중하게 결정됩니다. 그러나, 광이성체화 양자 수율의 측정, 흡수된 광자에 대한 광이성체화의 효율은, 전형적인 실험실 설정에서 종종 복잡하고 오류가 발생하기 쉬운 이유는 적절한 통합 방법에 기초한 엄격한 분광학적 측정 및 계산의 구현을 필요로 하기 때문이다. 이 기사에서는 광변색 히드라존을 사용하여 이중안정 광스위치의 광이성체화 양자 수율을 측정하기 위한 일련의 절차를 소개한다. 우리는이 기사가 점점 더 개발되고있는 이중 안정 광 스위치의 조사에 유용한 가이드가 될 것으로 기대합니다.
Introduction
광변색 유기 분자는 빛이 비침습적으로 열역학적 평형으로부터 시스템을 멀어지게 할 수 있는 독특한 자극이기 때문에 광범위한 과학 분야에서 상당한 주목을 받고 있다1. 적절한 에너지로 빛을 조사하면 시공간 정밀도가 높은 광스위치의 구조적 변조가 가능합니다 2,3,4. 이러한 이점들 덕분에, 이중 결합(예를 들어, 스틸벤, 아조벤젠, 이민, 푸마라미드, 티오인디고스) 및 고리 개구/폐쇄(예를 들어, 스피로피란, 디티에닐렌, 풀지드, 공여체-수용체 스텐하우스 부가물)의 구성 이성체화에 기초한 다양한 유형의 광스위치가 개발되어 다양한 길이 스케일에서 적응성 물질의 핵심 성분으로서 활용되었다. 광스위치의 대표적인 응용 분야에는 광변색 물질, 약물 전달, 전환 가능한 수용체 및 채널, 정보 또는 에너지 저장, 분자 기계 5,6,7,8,9,10,11,12가 포함됩니다. 새로 설계된 광스위치를 제시하는 대부분의 연구에서, 흡수 및 방출의λmax, 몰 감쇠 계수 (ε), 형광 수명 및 광이성체화 양자 수율과 같은 광물리학적 특성은 철저하게 특징지어진다. 이러한 특성의 조사는 광학 특성 및 이성체화 메커니즘을 이해하는 데 중요한 전자 상태 및 전이에 대한 핵심 정보를 제공합니다.
그러나, 광이성체화 양자 수율의 정확한 측정-반응물에 의해 흡수된 조사 파장에서 광자의 수로 나뉘어 발생한 광이성체화 이벤트의 수-는 종종 몇 가지 이유로 인해 전형적인 실험실 설정에서 복잡하다. 광이성체화 양자 수율의 결정은 일반적으로 반응의 진행을 모니터링하고 조사 동안 흡수된 광자의 수를 측정함으로써 달성된다. 주요 관심사는 광화학 반응이 진행됨에 따라 용액에 의한 총 흡수가 시간이 지남에 따라 변화하기 때문에 단위 시간당 광자 흡수량이 점진적으로 변한다는 것입니다. 따라서, 단위 시간당 소비되는 반응물의 수는 조사 동안 측정되는 시간 섹션에 따라 달라진다. 따라서, 차등적으로 정의되는 광이성체화 양자 수율을 추정할 의무가 있다.
반응물과 광생성물이 모두 조사 파장에서 빛을 흡수 할 때 더 번거로운 문제가 발생합니다. 이 경우, 광화학적 이성체화는 양방향으로 일어난다(즉, 광가역적 반응). 전방 및 후진 반응에 대한 두 개의 독립적인 양자 수율은 관찰된 반응 속도로부터 직접 얻을 수 없다. 부정확 한 광도는 또한 오류의 일반적인 원인입니다. 예를 들어, 전구의 노화는 점차적으로 강도를 변화시킵니다. 400nm에서의 제논 아크 램프의 조도는 동작14의 1000 h 후에 30% 감소한다. 시준되지 않은 빛의 확산은 실제 입사 조도를 소스의 공칭 전력보다 훨씬 작게 만듭니다. 따라서 효과적인 광자 플럭스를 정확하게 정량화하는 것이 중요합니다. 참고로, 실온에서 준안정 형태의 열 이완은 무시되기에 충분히 작아야 한다.
이 백서에서는 이중안정 광스위치의 광이성체화 양자 수율을 결정하기 위한 일련의 절차를 소개한다. 이 분야의 선구적인 연구팀인 Aprahamian의 그룹에 의해 개발된 다수의 히드라존 광스위치는 그들의 선택적 광이성체화와 그들의 준안정 이성질체15,16,17의 현저한 안정성 덕분에 주목을 받고 있다. 그들의 히드라존 광스위치는 히드라존 그룹에 의해 결합된 두 개의 방향족 고리를 구성하고, C=N 결합은 적절한 파장에서 조사될 때 선택적 E/Z 이성체화를 겪는다(그림 1). 이들은 동적 분자 시스템18,19,20,21의 운동성 성분으로서 성공적으로 통합되었다. 이 작업에서, 우리는 아미드 그룹을 담지하는 새로운 히드라존 유도체를 제조하고 광이성체화 양자 수율의 결정을 위해 광전환 특성을 조사했다.
Protocol
Representative Results
Discussion
광스위치의 스펙트럼 및 스위칭 특성을 조정하기 위한 다양한 전략이 개발되었으며, 광스위치의 등록이 급속히 확대되고 있다(28). 따라서 광물리적 특성을 올바르게 결정하는 것이 중요하며이 기사에 요약 된 방법이 실험자에게 유용한 지침이 될 것으로 기대합니다. 단, 열이완 속도가 실온에서 매우 느리다면, 상이한 조사 파장에서의 PSS 조성물의 측정, 순수 이성질체의 몰 감?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 사업은 2019년 중앙대학교 연구지원금과 한국연구재단(NRF-2020R1C1C1011134)의 지원을 받았다.
Materials
| 1,10-phenanthroline | Sigma-Aldrich | 131377-2.5G | |
| 340 nm bandpass filter, 25 mm diameter, 10 nm FWHM | Edmund Optics | #65-129 | |
| 436 nm bandpass filter, 25 mm diameter, 10 nm FWHM | Edmund Optics | #65-138 | |
| Anhydrous sodium acetate | Alfa aesar | A13184.30 | |
| Dimethyl sulfoxide | Samchun | D1138 | HPLC grade |
| Dimethyl sulfoxide-d6 | Sigma-Aldrich | 151874-25g | |
| Gemini 2000; 300 MHz NMR spectrometer | Varian | ||
| H2SO4 | Duksan | 235 | |
| Heating bath | JeioTech | CW-05G | |
| MestReNova 14.1.1 | Mestrelab Research S.L., https://mestrelab.com/ | ||
| Natural quartz NMR tube | Norell | S-5-200-QTZ-7 | |
| Potassium ferrioxalate trihydrate | Alfa aesar | 31124.06 | |
| Quartz absorption cell | Hellma | HE.110.QS10 | |
| UV-VIS spectrophotometer | Scinco | S-3100 | |
| Xenon arc lamp | Thorlabs | SLS205 | Fiber adapter was removed |
References
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