来自格罗宁根大学，阿姆斯特丹大学，特温特大学(均在荷兰)和意大利欧洲非线性光谱学实验室的科学家们已经能够在一个新的类别中遵循整个结构转换顺序。分子开关第一次。通过识别“控制旋钮”来指导其操作，现在可以更好地控制其性能。结果发表于5月8日的美国化学学会期刊印刷版(4月10日在线)。
在用光照射时改变其结构的分子是分子纳米技术的关键构建块。迄今为止，已经使用了通常围绕分子中的一个关键空间坐标旋转的开关，例如双键异构化或开环。包含不同“可切换”结构的开关将大大扩展此类构建块的多功能性和应用领域。因此，寻求这种新颖的化学基序。
神秘
近年来，Donor-Acceptor Stenhouse Adducts(DASAs)已成为一种有前途的新型光开关支架，可提供更多功能的开关。这些分子在切换时表现出更深刻的形状变化。此外，它们由红光触发，这对于医疗应用而言比在大多数分子开关中使用的能量丰富且可能具有破坏性的紫外线更可接受。自推出仅四年后，在材料科学和药理学等领域已经报道了令人印象深刻的应用实例。如何通过光吸收激活DASA已被详细描述。然而，完全切换还涉及热步骤，并且关于这些如何工作仍然是一个谜。
红外电影
为了研究这些热步骤，这些步骤遵循最初的光化学步骤，阿姆斯特丹大学的Mark Koenis通过使用快速扫描傅里叶变换红外光谱记录了切换过程中分子如何振动。这些振动的频率提供了分子结构的直接指纹，从而揭示了光诱导转换后分子形状的变化。“随着时间的推移，频谱如何变化，让我可以制作一幅关于分子在激活之后如何改变其结构的电影”，正如Koenis所说的那样。
量子化学字幕
然而，将这些光谱与分子结构中的特定变化联系起来并不简单，因为不能直接观察到分子形状。因此，Habiburrahman Zulfikri(特温特大学)对所有可能的相互转换途径进行了广泛的量子化学计算，这使得能够将红外电影中的光谱特征识别为独特的结构标记。
Zulfikri说，这一理论工作，即光谱的“字幕”，得出了令人惊讶的结论：'反应机制远比我们想象的要复杂得多，迄今为止还没有考虑过许多步骤。一个重要的观察是，除了“开”和“关”位置之外，分子可以最终处于“中间”状态，这是无用的，因此降低了分子开关的效率。他补充说，这对于进一步开发DASA开关非常重要。
Zulfikri的研究结果得到了Michael Lerch的证实，后者合成了开关。去年在格罗宁根大学有限化学教授Ben Feringa和Wiktor Szyman滑雪的监督下获得博士学位的Lerch对他的DASA进行了光谱研究，但没有注意到Zulfikri现在发现的结构细节：'它很好，计算预测某些结构异构体可以在我之前做过的核磁共振实验中观察到。由于这些信号很小，很容易被忽视，但经过仔细检查，它们就在那里。
说明书
基于这些研究，已经确定了许多原则，DASA的光开关结果可以通过多个切换路径来控制。其中一些令人惊讶。例如，取决于溶剂，分子可以采取不同的途径从“开”位置移动到“关闭”位置。此外，热步骤比其他光激活开关更重要。
参与这项研究的科学家已经证实，不同溶剂中的分子会发生不同的变化。他们还发现了一种溶剂，可防止开关卡在“中间”状态。现在可以读取DASA的使用说明书，这为具有目标属性的新型开关提供了令人兴奋的机会。