Molekulární fotopřepínače jsou molekuly, ve kterých můžeme světlem vyvolat vratnou strukturní změnu. Typickým příkladem jsou aromatické azosloučeniny, které při osvícení UV nebo viditelným světlem mění svůj tvar (dojde k E/Z izomeraci dvojné vazby mezi dvěma atomy dusíku). Takové molekuly jsou zajímavé pro použití v nejrůznějších aplikacích ovládaných světlem od elektroniky až po genetiku.
Pro mnoho takových aplikací je nezbytné, aby k návratu přepínače do „vypnutého“ stavu docházelo co nejrychleji. Nejrychlejší známé přepínače na bázi azosloučenin jsou látky iontové. Ionty jsou však hůře rozpustné v polymerních matricích, což významně omezuje možnost jejich využití.
Vědci z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR, Univerzity Komenského v Bratislavě a Goetheho Univerzity ve Frankfurtu spolupracovali pod vedením Elišky Procházkové (ze skupiny NMR spektroskopie) a Marka Cigáně na přípravě extrémně rychlých přepínačů na bázi azopyrimidinů ne-iontového charakteru.
Výzkumníci využili kvantově-chemických výpočtů k návrhu molekul, které by se měly přepínat v řádu nanosekund. Navržené struktury využívají tzv. push-pull efektu, kdy elektronově bohatý substituent na jedné straně molekuly tlačí elektrony směrem k elektronově deficitnímu substituentu na druhé straně molekuly. Tím dojde k posunu elektronů, což významně stabilizuje planární (plochou) strukturu počátečního E izomeru, tudíž se i podstatně urychlí návrat ze světlem indukovaného Z-isomeru.
Vědcům se podařilo připravit sérii molekul, které opravdu vykazovaly předpovídané super rychlé vypínání v řádu od stovek milisekund až po jednotky nanosekund. Nejrychlejší z nich má poločas změny pouhé 2 nanosekundy a vyrovná se tak nejrychlejším iontovým přepínačům.
Výsledky výzkumu, publikovaného v časopise Angewandte Chemie International Edition, tak nabízejí široké možnosti využití při přípravě moderních chytrých materiálů a součástek určených například ke zpracování optických dat v reálném čase.
Původní článek: Čechová, L., Filo, J., Dračínský, M., Slavov, C., Sun, D., Janeba, Z., Slanina, T., Wachtveitl, J., Procházková, E., Cigáň, M. (2020). Polysubstituted 5‐Phenylazopyrimidines: Extremely Fast Non‐Ionic Photochromic Oscillators. Angewandte Chemie International Edition. https://doi.org/10.1002/anie.202007065
