應用于生物體系中的可見光控制的偶氮苯類光開關分子的理論設計.pdf

1、分子光開關在信息技術、生物領域以及分子設備中具有非常重要的地位和應用價值。而偶氮苯分子以其特殊的光化學物理性質，例如順式-反式光致異構化以及雙穩(wěn)態(tài)的結構，在分子光開關中得到了廣泛的應用。然而，大多數(shù)偶氮苯分子光開關需紫外光照方能進行光致異構化反應，但是，紫外光會傷害生物細胞，且在細胞組織中的穿透能力較差。因此，設計可見光控偶氮苯分子光開關顯得極其重要。對平面反式偶氮苯分子的理論研究表明，第一激發(fā)態(tài)n→π木躍遷的最大吸收波長在可見光區(qū)域，

2、但是由于n→π*躍遷對稱禁阻，吸收峰難以檢測。Beharry等人在偶氮苯分子的四個鄰位引入甲氧基，實現(xiàn)了可見光控制的順反異構轉變。受他們工作的啟發(fā)，本論文首先遴選偶氮苯類化合物的理論計算方法，然后，對偶氮苯分子進行模型化研究。在此基礎上，設計了一系列鄰位四取代的含氮取代基的偶氮苯分子光開關，并研究了它們的基態(tài)性質和電子光譜。通過理論計算，對可見光控制的偶氮苯分子光開關的設計策略/規(guī)律總結如下:
　　(1)當反式偶氮苯分子平面結構被

3、破壞，可見光區(qū)域內的n→π水躍遷由對稱性禁阻轉變成對稱性允許。因此，通過在偶氮苯分子的四個鄰位引入大位阻取代基的方法，破壞反式偶氮苯分子的平面性，可增大在可見光區(qū)域內的吸光度。
　　(2)在鄰位引入具有給電子性質的取代基（例如含氮、氧、硫的取代基）可使吸收波長紅移，增大順式-反式異構體可見光區(qū)吸收峰之間的相對位移，以增加順-反異構的轉換率。
　　理論設計的新型偶氮苯分子光開關遵循上述規(guī)律，n-π*吸收帶均處于可見光區(qū)域內(4