應(yīng)用于生物體系中的可見光控制的偶氮苯類光開關(guān)分子的理論設(shè)計.pdf

1、分子光開關(guān)在信息技術(shù)、生物領(lǐng)域以及分子設(shè)備中具有非常重要的地位和應(yīng)用價值。而偶氮苯分子以其特殊的光化學(xué)物理性質(zhì)，例如順式-反式光致異構(gòu)化以及雙穩(wěn)態(tài)的結(jié)構(gòu)，在分子光開關(guān)中得到了廣泛的應(yīng)用。然而，大多數(shù)偶氮苯分子光開關(guān)需紫外光照方能進(jìn)行光致異構(gòu)化反應(yīng)，但是，紫外光會傷害生物細(xì)胞，且在細(xì)胞組織中的穿透能力較差。因此，設(shè)計可見光控偶氮苯分子光開關(guān)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(gòu)轉(zhuǎn)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(jìn)行模型化研究。在此基礎(chǔ)上，設(shè)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(guān)，并研究了它們的基態(tài)性質(zhì)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(guān)的設(shè)計策略/規(guī)律總結(jié)如下:
　　(1)當(dāng)反式偶氮苯分子平面結(jié)構(gòu)被

3、破壞，可見光區(qū)域內(nèi)的n→π水躍遷由對稱性禁阻轉(zhuǎn)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(nèi)的吸光度。
　　(2)在鄰位引入具有給電子性質(zhì)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(gòu)體可見光區(qū)吸收峰之間的相對位移，以增加順-反異構(gòu)的轉(zhuǎn)換率。
　　理論設(shè)計的新型偶氮苯分子光開關(guān)遵循上述規(guī)律，n-π*吸收帶均處于可見光區(qū)域內(nèi)(4