Fotoswitch
Un fotointerruptor es un tipo de molécula que puede cambiar su geometría estructural y propiedades químicas al irradiarse con radiación electromagnética . Aunque a menudo se usa indistintamente con el término máquina molecular , un interruptor no realiza trabajo sobre un cambio en su forma, mientras que una máquina lo hace. [1] Sin embargo, los compuestos fotocromáticos son los componentes básicos necesarios para las máquinas y motores moleculares impulsados por luz. [2] Tras la irradiación con luz, la fotoisomerización de los dobles enlaces en la molécula puede provocar cambios en la configuración cis o trans. [3] Estas moléculas fotocrómicas se están considerando para una variedad de aplicaciones.
Un compuesto fotocrómico puede cambiar su configuración o estructura tras la irradiación con luz. Varios ejemplos de compuestos fotocrómicos incluyen: azobenceno , [6] espiropirano , [7] merocianina , [8] diarileteno , [9] espirooxazina, [10] fulgida, [11] hidrazona , [12] nobormadieno, [13] tioíndigo , [ 14] acrilamida-azobenceno-amoníaco cuaternario, [15] aductos de Stenhouse donante-aceptor, [16] estilbeno , [17] etc.
Tras la isomerización a partir de la absorción de luz, puede ocurrir una transición electrónica π-a-π * o n-a-π * con la posterior liberación de luz ( fluorescencia o fosforescencia ) o calor cuando los electrones pasan de un estado excitado a un estado fundamental. . Se puede lograr un estado fotoestacionario cuando la irradiación de luz ya no convierte una forma de isómero en otra; sin embargo, siempre existirá una mezcla de isómeros cis y trans con un mayor porcentaje de uno frente al otro dependiendo de las fotocondiciones. [18]
Aunque el mecanismo de la fotoisomerización todavía se debate entre la mayoría de los científicos, cada vez hay más pruebas que apoyan la isomerización cis / trans de los polienos favoreciendo el giro del hula en lugar del giro de un enlace. [19] El one-bond-flip isomeriza en el enlace doble reactivo mientras que el hula twist sufre una isomerización conformacional en el enlace simple adyacente. Sin embargo, la interconversión de estereoisómeros de estilbeno se produce mediante un cambio de enlace. [20]
Una de las propiedades más importantes de un interruptor fotográfico es su rendimiento cuántico, que mide la eficacia de la luz absorbida para inducir la fotoisomerización. El rendimiento cuántico se modela y calcula utilizando la cinética de Arrhenius . [21] Los interruptores fotográficos pueden estar en solución o en estado sólido; sin embargo, el cambio en el estado sólido es más difícil de observar debido a la falta de libertad de movimiento molecular, el empaquetamiento sólido y la rápida reversión térmica al estado fundamental. [22] A través de la modificación química, el desplazamiento al rojo de las longitudes de onda de absorción necesarias para causar isomerización conduce a una conmutación inducida por poca luz que tiene aplicaciones en fotofarmacología . [23]
Cuando se incorpora un compuesto fotocrómico en una molécula catalítica adecuada, la catálisis fotoconmutable puede resultar de los cambios reversibles en la conformación geométrica tras la irradiación con luz. Como uno de los interruptores fotográficos más ampliamente estudiados, se ha demostrado que el azobenceno es un interruptor eficaz para regular la actividad catalítica debido a su isomerización de la conformación E a la Z con la luz, y su capacidad para relajarse térmicamente de nuevo al isómero E en condiciones de oscuridad. [24]
