Diseño computacional y síntesis de un azobenzeno profundamente desplazado hacia el rojo y bistable

Área de la Ciencia:

• La fotoquímica
• Química orgánica
• Ciencias de los materiales

Sus antecedentes:

• Los azobenzenos son ampliamente utilizados como interruptores por su isomerización reversible inducida por la luz.
• Las propiedades fotofísicas de los azobenzenos son muy sensibles a los patrones de sustitución en los anillos aromáticos.
• La comprensión de las relaciones estructura-propiedad es crucial para el diseño de derivados avanzados de azobenceno.

Objetivo del estudio:

• Investigar de forma computacional los efectos electrónicos y geométricos de la ortocloración en las propiedades fotofísicas del azobenzeno.
• Diseñar y validar computacionalmente un nuevo derivado de azobenzeno con características mejoradas de conmutación fotográfica.
• Sintetizar y caracterizar experimentalmente el azobenzeno diseñado para posibles aplicaciones bioópticas.

Principales métodos:

• Análisis computacional (por ejemplo, cálculos DFT) para estudiar las influencias electrónicas y geométricas.
• Cristalografía de rayos X para determinar la conformación y flexibilidad molecular.
• Espectroscopia de absorción UV-vis y espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN) para la caracterización experimental.
• Síntesis por medio de la ortocloración mediante la activación de 2-fold C-H.

Principales resultados:

• La ortocloración conduce a geometrías desplazadas al rojo y colas de banda n → π* extendidas en azobenzenos.
• El tetra-orto-cloro azobenzeno exhibe flexibilidad conformacional, lo que permite geometrías desplazadas al rojo.
• El di-orto-fluoro di-orto-cloro (dfdc) diseñado muestra un rendimiento superior en comparación con el tetra-orto-cloro azobenzo.
• La caracterización experimental confirmó la estructura y las propiedades fotofísicas del dfdc azobenzeno.
• El Dfdc azobenzeno exhibe isómeros casi bistables y una mayor separación de la banda n → π*.
• Se pueden obtener altos niveles de generación de isómeros cis con luz verde/amarilla y roja.

Conclusiones:

• Los conocimientos computacionales sobre los patrones de orto-sustitución son clave para el diseño de fotointerruptores de azobenceno eficientes.
• El nuevo dfdc azobenzeno demuestra propiedades fotofísicas mejoradas, incluido un mejor control de los isómeros.
• El azobenzeno desarrollado es adecuado para aplicaciones que utilizan la luz dentro de la ventana bio-óptica.
• Este trabajo proporciona una vía para el diseño racional de derivados de azobenceno con capacidades de conmutación de fotos a medida.