एक हाइड्राज़ोन Photoswitch के Photoisomerization क्वांटम उपज का निर्धारण
Summary
फोटोआइसोमेराइजेशन क्वांटम उपज एक मौलिक फोटोफिजिकल संपत्ति है जिसे नए विकसित फोटोस्विच की जांच में सटीक रूप से निर्धारित किया जाना चाहिए। यहां, हम एक मॉडल bistable photoswitch के रूप में एक फोटोक्रोमिक हाइड्राज़ोन के फोटोआइसोमेराइजेशन क्वांटम उपज को मापने के लिए प्रक्रियाओं के एक सेट का वर्णन करते हैं।
Abstract
प्रकाश-संचालित संरचनात्मक परिवर्तनों से गुजरने वाले फोटोस्विचिंग कार्बनिक अणु अनुकूली आणविक प्रणालियों के निर्माण के लिए महत्वपूर्ण घटक हैं, और उनका उपयोग विभिन्न प्रकार के अनुप्रयोगों में किया जाता है। फोटोस्विच को नियोजित करने वाले अधिकांश अध्ययनों में, कई महत्वपूर्ण फोटोफिजिकल गुण जैसे अवशोषण और उत्सर्जन की अधिकतम तरंग दैर्ध्य, दाढ़ क्षीणन गुणांक, प्रतिदीप्ति जीवनकाल और फोटोआइसोमेराइजेशन क्वांटम उपज को उनके इलेक्ट्रॉनिक राज्यों और संक्रमण प्रक्रियाओं की जांच करने के लिए सावधानीपूर्वक निर्धारित किया जाता है। हालांकि, फोटोआइसोमेराइजेशन क्वांटम उपज का माप, अवशोषित फोटॉनों के संबंध में फोटोआइसोमेराइजेशन की दक्षता, एक विशिष्ट प्रयोगशाला सेटिंग में अक्सर जटिल और त्रुटि के लिए प्रवण होती है क्योंकि इसके लिए एक उपयुक्त एकीकरण विधि के आधार पर कठोर स्पेक्ट्रोस्कोपिक माप और गणना के कार्यान्वयन की आवश्यकता होती है। यह आलेख एक फोटोक्रोमिक हाइड्राज़ोन का उपयोग करके एक bistable photoswitch के photoisomerization क्वांटम उपज को मापने के लिए प्रक्रियाओं का एक सेट पेश करता है। हम उम्मीद करते हैं कि यह लेख bistable photoswitches की जांच के लिए एक उपयोगी मार्गदर्शिका होगी जो तेजी से विकसित की जा रही है।
Introduction
फोटोक्रोमिक कार्बनिक अणुओं ने वैज्ञानिक विषयों की एक विस्तृत श्रृंखला में काफी ध्यान आकर्षित किया है क्योंकि प्रकाश एक अद्वितीय उत्तेजना है जो एक प्रणाली को अपने थर्मोडायनामिक संतुलन से दूर कर सकता है गैर-आक्रामक रूप से1। उपयुक्त ऊर्जा के साथ प्रकाश का विकिरण उच्च spatiotemporal परिशुद्धता 2,3,4 के साथ photoswitches के संरचनात्मक मॉडुलन की अनुमति देता है। इन फायदों के लिए धन्यवाद, डबल बांड (जैसे, स्टिलबेन्स, एज़ोबेंजीन, आईमिन्स, फ्यूमारामाइड्स, थायोइंडिगोस) के कॉन्फ़िगरेशनल आइसोमेराइजेशन के आधार पर विभिन्न प्रकार के फोटोस्विच विकसित किए गए हैं और विभिन्न लंबाई के तराजू पर अनुकूली सामग्री के मुख्य घटकों के रूप में उपयोग किए जाते हैं (उदाहरण के लिए, स्पाइरोपायरन, डाइथिएनिलेथेन, फुलगाइड्स, दाता-स्वीकर्ता स्टेनहाउस एडक्ट्स) विकसित किए गए हैं और विभिन्न लंबाई के तराजू पर अनुकूली सामग्री के मुख्य घटकों के रूप में उपयोग किए जाते हैं। Photoswitches के प्रतिनिधि अनुप्रयोगों में फोटोक्रोमिक सामग्री, दवा वितरण, स्विच करने योग्य रिसेप्टर्स और चैनल, सूचना या ऊर्जा भंडारण, और आणविकमशीनें 5,6,7,8,9,10,11,12 शामिल हैं। नए डिज़ाइन किए गए फोटोस्विच प्रस्तुत करने वाले अधिकांश अध्ययनों में, उनके फोटोफिजिकल गुणों जैसे अवशोषण और उत्सर्जन, दाढ़ क्षीणन गुणांक (ε), प्रतिदीप्ति जीवनकाल और फोटोआइसोमेराइजेशन क्वांटम उपज कीअधिकतम मात्रा को अच्छी तरह से चित्रित किया जाता है। इस तरह के गुणों की जांच इलेक्ट्रॉनिक राज्यों और संक्रमणों पर महत्वपूर्ण जानकारी प्रदान करती है जो ऑप्टिकल गुणों और आइसोमेराइजेशन तंत्र को समझने के लिए महत्वपूर्ण हैं।
हालांकि, फोटोआइसोमेराइजेशन क्वांटम उपज का सटीक माप- अभिकारक द्वारा अवशोषित विकिरण तरंग दैर्ध्य पर फोटॉनों की संख्या से विभाजित होने वाली फोटोआइसोमेराइजेशन घटनाओं की संख्या- अक्सर कई कारणों से एक विशिष्ट प्रयोगशाला सेटिंग में जटिल होती है। फोटोआइसोमेराइजेशन क्वांटम उपज का निर्धारण आमतौर पर प्रतिक्रिया की प्रगति की निगरानी और विकिरण के दौरान अवशोषित फोटॉनों की संख्या को मापने से प्राप्त किया जाता है। प्राथमिक चिंता यह है कि प्रति इकाई समय फोटॉन अवशोषण की मात्रा उत्तरोत्तर बदलती है क्योंकि समाधान द्वारा कुल अवशोषण समय के साथ बदलता है क्योंकि फोटोकैमिकल प्रतिक्रिया आगे बढ़ने के साथ-साथ समाधान द्वारा कुल अवशोषण बदल जाता है। इसलिए, प्रति इकाई समय खपत अभिकारकों की संख्या उस समय अनुभाग पर निर्भर करती है जिसमें इसे विकिरण के दौरान मापा जाता है। इस प्रकार, एक को फोटोआइसोमेराइजेशन क्वांटम उपज का अनुमान लगाने के लिए बाध्य किया जाता है जिसे विभेदक रूप से परिभाषित किया जाता है।
एक अधिक परेशानी की समस्या तब उत्पन्न होती है जब अभिकारक और फोटोप्रोडक्ट दोनों विकिरण तरंग दैर्ध्य पर प्रकाश को अवशोषित करते हैं। इस मामले में, फोटोकैमिकल आइसोमेराइजेशन दोनों दिशाओं में होता है (यानी, एक फोटोरिवर्सिबल प्रतिक्रिया)। आगे और पीछे की प्रतिक्रियाओं के लिए दो स्वतंत्र क्वांटम पैदावार सीधे देखी गई प्रतिक्रिया दर से प्राप्त नहीं की जा सकती है। गलत प्रकाश तीव्रता भी त्रुटि का एक सामान्य कारण है। उदाहरण के लिए, बल्ब की उम्र बढ़ने से धीरे-धीरे इसकी तीव्रता बदल जाती है; 400 एनएम पर क्सीनन आर्क लैंप की विकिरण ऑपरेशन 14 के 1000 ज के बाद 30% तक कम हो जातीहै। गैर-कॉलिमेटेड प्रकाश का प्रसार वास्तविक घटना विकिरण को स्रोत की नाममात्र शक्ति की तुलना में काफी छोटा बनाता है। इस प्रकार, प्रभावी फोटॉन फ्लक्स को सटीक रूप से मापना महत्वपूर्ण है। ध्यान दें, कमरे के तापमान पर मेटास्टेबल फॉर्म की थर्मल छूट को अनदेखा करने के लिए पर्याप्त रूप से छोटा होना चाहिए।
यह पेपर एक bistable photoswitch के photoisomerization क्वांटम उपज निर्धारित करने के लिए प्रक्रियाओं का एक सेट पेश करता है। क्षेत्र में अग्रणी अनुसंधान टीम, Aprahamian के समूह द्वारा विकसित हाइड्राज़ोन photoswitches की एक संख्या, उनके चयनात्मक photoisomerization और उनके मेटास्टेबल आइसोमर्स15,16,17 की उल्लेखनीय स्थिरता के लिए सुर्खियों में रहे हैं। उनके हाइड्राज़ोन फोटोस्विच में एक हाइड्राज़ोन समूह द्वारा जुड़े दो सुगंधित छल्ले शामिल होते हैं, और सी = एन बॉन्ड उपयुक्त तरंग दैर्ध्य (चित्रा 1) पर विकिरण पर चयनात्मक ई / जेड आइसोमेराइजेशन से गुजरता है। उन्हें गतिशील आणविक प्रणालियों 18,19,20,21 के गतिशील घटकों के रूप में सफलतापूर्वक शामिल किया गया है। इस काम में, हमने एक नया हाइड्राज़ोन व्युत्पन्न असर एमाइड समूहों को तैयार किया और फोटोआइसोमेराइजेशन क्वांटम उपज के निर्धारण के लिए इसके फोटोस्विचिंग गुणों की जांच की।
Protocol
Representative Results
Discussion
फोटोस्विच के वर्णक्रमीय और स्विचिंग गुणों को ट्यून करने के लिए विभिन्न रणनीतियों को विकसित किया गया है, और फोटोस्विच का रजिस्टर तेजी से विस्तार कर रहा है28। इस प्रकार उनके फोटोफिजिकल गुणों को …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस काम को 2019 में चुंग-आंग विश्वविद्यालय अनुसंधान अनुदान और कोरिया के राष्ट्रीय अनुसंधान फाउंडेशन (NRF-2020R1C1C1011134) द्वारा समर्थित किया गया था।
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 |
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