Publikacja prof. Agnieszki Szumnej w Angewandte Chemie International Edition

Projektowanie molekularnych przełączników kontrolowanych światłem

Połączenie wielu przełączników fotoaktywnych w jednej cząsteczce jest uważane za obiecującą strategię tworzenia zaawansowanych układów molekularnych — takich jak maszyny molekularne, materiały do magazynowania energii czy systemy zdolne do wykonywania złożonych operacji logicznych. Problem polega jednak na tym, że takie wielo-przełącznikowe układy zazwyczaj działają nieefektywnie: bliskość poszczególnych jednostek fotoaktywnych powoduje, że wzajemnie zakłócają swoje działanie i rozpraszają energię, co często prowadzi do całkowitej utraty aktywności fotochemicznej.

Zespół badawczy w składzie Arturo Llamosí, Marek P. Szymański, Magdalena Zimnicka i Agnieszka Szumna przedstawia rozwiązanie tego problemu w nowej publikacji w czasopiśmie Angewandte Chemie International Edition. Naukowcy zaprojektowali cztero-przełącznikową cząsteczkę, w której wszystkie cztery jednostki fotoaktywne przełączają się jednocześnie i efektywnie, bez utraty wydajności typowej dla podobnych układów — ponieważ proces przełączania przebiega wzdłuż termodynamicznie uprzywilejowanej ścieżki, a poszczególne jednostki przełączające komunikują się między sobą poprzez sieć wewnątrzcząsteczkowych wiązań wodorowych.

Równie istotnym wyzwaniem było odwrócenie tego procesu — początkowo niemożliwe do przeprowadzenia w typowych warunkach w roztworze. Zespół wykazał, że kluczem jest odwrócenie względnej stabilności izomerów poprzez deprotonację przeprowadzoną w warunkach mechanochemicznych.

Obliczenia metodą teorii funkcjonału gęstości (DFT) oraz spektrometria mas z analizą mobilności jonów w fazie gazowej potwierdziły mechanizm stojący za tymi transformacjami.

Zaprezentowana strategia otwiera nową, ogólną drogę do projektowania efektywnych, wielofunkcyjnych przełączników molekularnych — rozwiązując problem, który od dawna ograniczał praktyczne zastosowanie tego typu układów.

A. Llamosí, M. P. Szymański, M. Zimnicka, A. Szumna, „Thermodynamically Driven Multi-Site Photoswitching in Tetraoxindole Cavitands Controlled by Hydrogen Bonding and Mechanochemistry”, Angew. Chem. Int. Ed.