Кіріспе
Диарилетин – көміртек-көміртек екі байланысының екі шетіне байланысқан ароматты функционалдық топтары бар химиялық қосылыстар класының жалпы атауы. Ең қарапайым мысалы – стильбен, ол екі геометриялық изомерге ие: E және Z. Жарық әсерінен бұл қосылыстар көбінесе екі типті қайтымды изомерленуге түседі: стильбендерде (және азобензолдарда) ең көп кездесетін E-Z изомерлену. Бұл процесс, ароматтық сақиналар бір-біріне 90° бұрышпен орналасқан, қоздырылған күйдегі энергияның ең төмен нүктесі арқылы жүзеге асады. Бұл конформация негізгі күйге өтеді және әдетте 1:1 қатынасында транс және цис формаларына айналады, сондықтан E-Z изомерленудің кванттық шығымы сирек жағдайда 0,5-тен жоғары болады. Z формасының 6π электроциклизациясы, екі арил функционалдық тобы арасында қосымша байланыс пайда болып, осы топтардың ароматтық қасиеттерін жояды. Бұл реакцияның кванттық шығымы көбінесе 0,1-ден төмен болады, ал көптеген диарилетендерде жақын сақиналы форма термиялық тұрақсыз болып келеді және бөлме температурасында бірнеше секунд немесе минут ішінде цис формасына қайта айналады. Термиялық изомерлену де мүмкін. E-Z изомерленуде жылулық тепе-теңдік оның төмен энергиясының (стильбенде шамамен 15 кДж/моль) арқасында транс формаға қарай ығысады. Стильбен үшін термиялық E-Z изомерленудің белсендіру энергиясы 150–190 кДж/моль құрайды, яғни стильбенді ақылға қонымды жылдамдықпен изомерлендіру үшін 200°C-тан жоғары температура қажет, бірақ көптеген туындыларында энергиялық бөгеттер төмендеу (мысалы, 4-аминостильбен үшін 65 кДж/моль). Стильбен үшін электроциклдеудің белсендіру энергиясы 73 кДж/моль. Екі процесс те молекулалық коммутаторларда және фотохромизмде (жарық әсерінен күйдің қайтымды өзгеруі) жиі қолданылады. Z формасының 6π электроциклизациясынан кейін «жақын сақина» формасына аусқан көптеген алмастырылмаған диарилетендер тотығуға бейім, бұл π жүйесінің қайтадан ароматизациялануына әкеледі. Ең көп таралған мысалы – (E)-стильбен, ол сәулелендіру кезінде E-Z изомерленуге түседі, одан кейін 6π электроциклизация жүреді. Бұл реакцияның өнімі молекулалық оттегімен реакцияласып, фенантренге айналады, және кейбір зерттеулер дегидрогенация тіпті спонтанды түрде жүруі мүмкін екенін көрсетеді. Дигидрофенантрен аралық қосылысы ешқашан бөлініп алынбаған, бірақ оның ұзын толқынды оптикалық сіңіру жолағының арқасында сорғы-зондтық эксперименттерде спектроскопиялық түрде анықталған. E-Z изомерлену де, 6π электроциклизация да қайтымды процестер болғамен, бұл тотығу бүкіл тізбекті қайтымсыз етеді. Бұл тәсілдің бір артықшылығы – алмастыру топтары арасындағы стерикалық кедергі салдарынан жылулық (диротаторлық) сақинаның жабылуына мүмкіндік жоқ.
E to Z isomerizations, most common for stilbenes (and azobenzenes). This process goes through an excited state energy minimum where the aromatic rings lie at 90° to each other. This conformation drops to the ground state and generally relaxes to trans and cis forms in a 1:1 ratio, thus the quantum yield for E Z isomerization is very rarely greater than 0.5. 6π electrocyclizations of the Z form, leading to an additional bond between the two aryl functionalities and a disruption of the aromatic character of these groups. The quantum yield of this reaction is generally less than 0.1, and in most diarylethenes the close ring form is thermally unstable, reverting to the cis form in a matter of seconds or minutes under ambient conditions. Thermal isomerization is also possible. In E Z isomerization, the thermal equilibrium lies well towards the trans form because of its lower energy (~15 kJ mol−1 in stilbene). The activation energy for thermal E Z isomerization is 150–190 kJ mol−1 for stilbene, meaning that temperatures above 200°C are required to isomerize stilbene at a reasonable rate, but most derivatives have lower energy barriers (e. g. 65 kJ mol−1 for 4 aminostilbene). The activation energy of the electrocyclization is 73 kJ mol−1 for stilbene. Both processes are often applied in molecular switches and for photochromism (reversible state changes from exposure to light). After the 6π electrocyclization of the Z form to the "close ring" form, most unsubstituted diarylethenes are prone to oxidation, leading to a re aromatization of the π system. The most common example is (E) stilbene, which upon irradiation undergoes an E to Z isomerization, which can be followed by a 6π electrocyclization. Reaction of the product of this reaction with molecular oxygen affords phenanthrene, and it has been suggested by some studies that dehydrogenation may even occur spontaneously. The dihydrophenanthrene intermediate has never been isolated, but it has been detected spectroscopically in pump probe experiments by virtue of its long wavelength optical absorption band. Although both the E Z isomerization and the 6π electrocyclization are reversible processes, this oxidation renders the entire sequence irreversible. This approach also has the advantage that the thermal (disrotatory) ring closure can not take place because of steric hindrance between the substitution groups.
Дитиэнилэтиендер
Ароматты бірліктерді орфо-субституциялау окистенуға қарсы тұрақтандыруға әкеледі, бірақ жабық сақиналы форманың термодинамикалық тұрақтылығы көбінесе төмен болады (мысалы, 2,3-димезитил-2-бутеннің жартылай өмірі 20°C-та 90 секундты құрайды). Бұл мәселені жүйенің ароматикалық сипаттамасын төмендету арқылы шешуге болады. Ең көп қолданылатын мысал – дитиенилэтендер, яғни екі жағында тиофен сақинасы бар алкендер. Дитиенилэтен туындылары фотохимиялық қосалқы реакциялардың әртүрлі түрлерін көрсетеді, мысалы, жабық сақиналы изомердің окисуы немесе жою реакциялары, сондай-ақ фотохромиялық реакцияның қосалқы өнімі ретінде аннуляцияланған сақиналы изомердің пайда болуы. Бірінші мәселені шешу үшін тиофендердің 2-позициясы метил тобымен ауыстырылады, бұл сақинаның жабық формасының окисуына кедергі келтіреді. Сонымен қатар, көбінесе екі бос α-позициялар қос байланыста 5 немесе 6 мүшелі сақинамен байланыстырылады, бұл қос байланысты цис-конфигурацияда бекітеді. Бұл дитиенилэтенді тек ашық-жабық сақиналы изомерленуге ұшыратады, E/Z изомерленумен шатастырмайды. Соңғы зерттеулерге сүйене отырып, қосалқы өнімнің пайда болуы ең төменгі синглеттік қоздырылған күйде ғана жүзеге асатыны анықталды, нәтижесінде дитиенилэтендердің көрінетін жарықпен қоздырылғанда жоғары тозуға төзімділігі конъюгациялық байланыс арқылы диарилетен ядросына шағын триплеттік сезіктендіргіш фрагменттерді қосу арқылы қол жеткізілді. Дитиенилэтендердің изомерленуі форманың өте аз өзгеруін қажет ететіндігі де қызығушылық тудырады. Бұл олардың қатты матрицадағы изомерленуі көптеген басқа фотохромиялық молекулаларға қарағанда әлдеқайда жылдам жүреді дегенді білдіреді. Кейбір аналогтарда фотохромиялық қасиеттер кристалл құрылымын бұзбай, тіпті жеке кристалдарда жүзеге асырылуы мүмкін.
Қолданбалар
Әдетте, ашық сақиналы изомерлер түссіз заттар болып табылады, ал жабық сақиналы изомерлер молекулалық тірекше бойымен кеңейтілген конъюгацияға байланысты химиялық құрылысына қарай түрлі түстерге ие. Сондықтан көптеген диарлифендер ерітіндіде де, қатты күйде де фотохромиялық қасиеттерге ие. Бұдан бөлек, бұл екі изомер бір-бірінен ғана емес, сіңіру спектрлерімен, сонымен қатар сыну көрсеткіші, диэлектрлік тұрақты және тотығу-тотықсыздану потенциалы сияқты әртүрлі физикалық және химиялық қасиеттерімен де ерекшеленеді. Бұл қасиеттерді фотосәулелендіру арқылы ашық және жабық сақиналы күйлер арасындағы қайтымды изомерлендіру арқылы оңай реттеуге болады, сондықтан оларды оптикалық деректерді сақтау, әсіресе 3D оптикалық деректерді сақтау үшін пайдалануға ұсынылған. Жабық түрі молекуланың бір ұшынан екінші ұшына дейін конъюгацияланған жолға ие, ал ашық түрінде мұндай жол жоқ. Бұл диарлифеннің екі шетіне бекітілген функционалдық топтар арасындағы электрондық байланысты ультракөк сәуле және көрінетін жарық арқылы қосуға және өшіруге мүмкіндік береді.