从有机化合物开发可调分子开关

新合成的有机分子可以根据其晶体形式的分子结构进行调整以发出不同的颜色。分子开关是具有分子结构的化学物质，可以响应环境变化在两种或更多种稳定构型之间转换。他们对分子计算机、分子机器和药物输送系统的开发非常感兴趣。具有构象异构体(分子式相同但分子结构不同)的化合物可以制造非常有效的分子开关。

北海道大学和九州大学的研究人员开发了一种技术，可以从蒽醌二甲烷 (AQD) 中合成潜在的分子开关，AQD 是一组过度拥挤的有机分子。这项研究由北海道大学石垣裕介副教授和九州大学小野敏一副教授领导，发表在《材料化学前沿》杂志上。

“AQD 是一种过度拥挤的乙烯，具有碳-碳双键的分子被大型化学基团包围，”Ono 解释说。“它们有两种常见的异构体，即折叠和扭曲形式。它们作为分子开关特别有趣，因为它们的空间位阻双键可以提供吸收和发射不同波长光的异构体。”

折叠和扭曲的异构体吸收不同波长的光。图片来源：材料化学前沿(2023)。DOI：10.1039/D2QM01199A

AQD 通常采用最稳定的折叠或扭曲形式，因此很难分离任何其他异构体的纯样品来研究其性质。研究人员通过设计可以更容易、更稳定地形成不同异构体的柔性 AQD 衍生物克服了这一障碍。

当在不同溶剂中重结晶时，合成的衍生物不仅能够稳定地形成扭曲和折叠的异构体，而且能够稳定地形成其他异构体形式。研究人员对衍生物进行了详细分析，以充分了解它们的特性。

在结晶状态下，这些异构体中的每一种吸收和发射不同频率的光，这是由于异构体分子中电子分布的差异。有趣的是，当晶体被研磨成无定形固体时， 光的吸收和发射发生了变化，用适当的溶剂处理后可以产生各种颜色的原始或其他晶体。

“这项工作是第一份关于分离 AQD 多种异构形式的报告，”Ishigaki 总结道。“它们对不同光频率的吸收和发射，更重要的是，通过外部刺激调节吸收和发射的能力，使这些化合物成为开发分子开关的绝佳候选者。”