Publikacja w Angewandte Chemie International Edition (2024)

04 06 2024

Badacze z Uniwersytetu Warszawskiego, we współpracy z holenderskimi (Rijksuniversiteit Groningen) i włoskimi naukowcami (Università degli Studi Milano-Bicocca), opracowali nowy materiał mikroporowaty reagujący na światło, oparty na parze ortogonalnych fotoprzełączników molekularnych: spiropyranu i orto-fluorowanego azobenzenu. Artykuł ukazał się w prestiżowym czasopiśmie „Angewandte Chemie International Edition” i został wyróżniony przez edytorów jako „HOT PAPER”. Współautorami tej pracy są mgr Piotr Cieciórski oraz dr inż. Wojciech Danowski z Pracowni Technologii Organicznych Materiałów Funkcjonalnych.

J. Sheng, J. Perego, S. Bracco, P. Cieciórski, W. Danowski, A. Comotti, B. L. Feringa, Orthogonal Photoswitching in a Porous Organic Framework, Angewandte Chemie International Edition 2024, e202404878, DOI: https://doi.org/10.1002/anie.202404878

LINK: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202404878

Wbudowywanie fotoprzełączników molekularnych w syntetyczne szkielety organiczne stanowi praktyczną strategię wytwarzania materiałów porowatych, których właściwości można kontrolować za pomocą światła. Jednak większość z tych materiałów oparta jest na jednym fotoprzełączniku, co znacząco ogranicza ich użyteczność, pozwalając na „przełączanie” właściwości materiału tylko pomiędzy dwoma stanami. Rozwiązaniem tego problemu byłoby wbudowanie pary ortogonalnych fotoprzełączników w szkielet materiału, co umożliwiłoby znacznie większą kontrolę nad właściwościami materiału poprzez selektywne „przełączanie” pomiędzy kilkoma dostępnymi stanami za pomocą światła o wybranej długości fali.

Typowo, układy składające się z wielu fotoprzełączników molekularnych ulegają nieselektywnej izomeryzacji pod wpływem światła, co prowadzi do osiągnięcia tylko dwóch stanów, znanego jako efekt „wszystko albo nic”. Dlatego też rozwój ortogonalnych par fotoprzełączników, które dzięki odseparowaniu pasm absorpcji i dogodnemu stosunkowi wydajności kwantowych izomeryzacji, umożliwiają selektywną, niezależną od siebie izomeryzację pod wpływem światła o określonej długości fali, stanowi znaczące wyzwanie.

Naukowcy opracowali nową parę ortogonalnych fotoprzełączników molekularnych, składającą się ze spiropiranu i orto-fluorowanego azobenzenu, oraz wykazali, że reakcje fotoizomeryzacji w tym układzie zachodzą z wysoką selektywnością. W tej parze, spiropiran ulega selektywnej izomeryzacji do merocyjaniany pod wpływem światła o długości fali 300 nm, podczas gdy izomeryzacja azobenzenu z formy (E) do (Z) pod wpływem światła zielonego (530 nm). Jednocześnie oba fotoprzełączniki ulegają izomeryzacji pod wpływem światła ultrafioletowego (365 nm), co prowadzi do czterech niezależnych stanów tego ortogonalnego układu. Sprzęganie Suzukiego monomerów opartych na tych przełącznikach pozwoliło na syntezę mikroporowatych materiałów opartych na szkielecie aromatycznym (PAF – ang. porous aromatic framework), charakteryzujących się wysokimi powierzchniami właściwymi przekraczającymi 600 m²/g. Jednocześnie izomeryzacja tego materiału pomiędzy czterema dostępnymi stanami charakteryzowała się wysoką selektywnością, powodując zmiany w adsorpcji gazów, takich jak N₂ i CO₂. Materiały tego rodzaju mogą znaleźć zastosowanie w konstrukcji przełączalnych membran służących do rozdzielania gazów. Ponadto, nowa ortogonalna para fotoprzełączników może być wykorzystana do innych materiałów, takich jak responsywne polimery czy usieciowane fazy ciekłokrystaliczne.