Нещодавно синтезовані органічні молекули можна налаштувати на випромінювання різних кольорів залежно від їх молекулярних структур у кристалічній формі. Молекулярні перемикачі — це хімічні речовини з молекулярною структурою, які можна перемикати між двома або більше стабільними конфігураціями у відповідь на зміни в навколишньому середовищі. Вони представляють великий інтерес до розробки молекулярних комп’ютерів, молекулярних машин і систем доставлення ліків. Сполуки з конформаційними ізомерами — однаковими молекулярними формулами, але різними молекулярними структурами — можуть створювати дуже ефективні молекулярні перемикачі.
Дослідники з Університетів Хоккайдо та Університетів Кюсю розробили методику синтезу потенційних молекулярних перемикачів з антрахінодіметанів (AQD), групи переповнених органічних молекул. Дослідження під керівництвом доцента Юсуке Ішігакі з Університету Хоккайдо та доцента Тошікадзу Оно з Університету Кюсю було опубліковано в журналі Materials Chemistry Frontiers.
«AQD — це тип переповненого етилену, молекули з подвійними зв’язками вуглець-вуглець, оточені великими хімічними групами», — пояснює Оно. «Вони мають два загальні ізомери, складену та скручену форми. Вони особливо цікаві як молекулярні перемикачі, оскільки їх стерично утруднений подвійний зв’язок може забезпечувати ізомери, що поглинають і випромінюють різні довжини хвилі».
AQD зазвичай мають найбільш стабільну складену або скручену форму, що ускладнює виділення чистих зразків будь-якого іншого ізомеру для вивчення їхніх властивостей. Дослідники подолали цю перешкоду, створивши гнучкі похідні AQD, які можуть легше та стабільніше утворювати різні ізомери.
Синтезовані похідні були здатні не тільки стабільно утворювати скручені та згорнуті ізомери, але й інші ізомерні форми при перекристалізації в різних розчинниках. Дослідники провели детальний аналіз похідних, щоб повністю зрозуміти їхні властивості. У кристалічному стані кожен із цих ізомерів поглинає та випромінює світло на різних частотах, що пов’язано з відмінностями в розподілі електронів у молекулах ізомерів. Цікаво, що поглинання та випромінювання світла змінювалося, коли кристали подрібнювали в аморфну тверду речовину, і після обробки відповідними розчинниками можна отримати оригінальні або інші кристали з різними кольорами.
«Ця робота є першим звітом про виділення кількох ізомерних форм AQD», — підсумував Ісігакі. «Їхнє поглинання та випромінювання різних частот світла, і, що більш важливо, здатність модулювати поглинання та випромінювання зовнішніми подразниками, робить ці сполуки чудовими кандидатами для розробки молекулярних перемикачів».