Vraag:
Foto-isomerisatie van azobenzeen
Max
2015-05-20 08:17:28 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Rotatie rond de dubbele binding van azobenzeen is beperkt omdat het de P-orbitale overlap tussen de stikstofatomen zou verstoren. In de $ n \ rightarrow \ pi ^ * $ opgewonden toestand ($ S_1 $) wordt de rotatie echter niet langer gehinderd en kan deze isomeriseren.

Ik begrijp niet waarom dit het geval is. Je neemt een elektron uit de niet-bindende orbitaal en verplaatst het naar de pi-antibindende. De $ \ pi $ -binding is echter nog steeds aanwezig, dus ik zie geen reden waarom de rotatie ongeremd zou zijn. Is het iets over de interactie tussen de elektronen in de $ \ pi ^ * $ met de $ \ pi $ die de dubbele binding verzwakt? En zo ja, hoe?

enter image description here

Een antwoord:
Klaus-Dieter Warzecha
2015-05-20 11:50:11 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Azobenzenen zijn een van de meest gebruikte moietes in fotochemisch schakelbare systemen. Desalniettemin zijn de routes voor de E - Z isomerisatie van azobenzeen in de $ S_1 $ en de $ S_2 $ staat al tientallen jaren in discussie en ik ben er niet helemaal zeker van of dit eindelijk is opgelost.

In de $ n \ rightarrow \ pi ^ * $ opgewonden toestand ($ S_1 $) wordt de rotatie echter niet langer gehinderd en kan het isomeriseren.

Ja en nee.

Het is waar dat de status $ S_1 $ voortkomt uit een $ n \ rightarrow \ pi ^ * $ overgang in een zwakke, brede band met $ \ lambda _ {\ mathrm {max}} = 432 \, \ mathrm {nm} $ en $ \ epsilon \ ca. 400 \, \ mathrm {L \, mol ^ {- 1} \, cm ^ {- 1}} $ in hexaan.

Overigens vertoont E -azobenzeen een andere, veel sterkere absorptie bij $ \ lambda _ {\ mathrm {max}} = 319 \, \ mathrm {nm} $ met $ \ epsilon \ ca. 22800 \, \ mathrm {L \, mol ^ {- 1} \, cm ^ {- 1}} $ in hetzelfde oplosmiddel. Deze $ \ pi \ rightarrow \ pi ^ * $ overgang naar de $ S_2 $ staat zou inderdaad een isomerisatie mogelijk maken via een one-bond-flip rotatiemechanisme.

(Voor de UV-gegevens, zie 1 en 2).

Maar - je zag dat aankomen na deze lange introductie - de situatie is veel gecompliceerder!

U heeft het feit verwaarloosd dat E - Z -isomerisaties kunnen plaatsvinden door andere mechanismen dan alleen de eenvoudige een-binding- flip die meestal wordt gepostuleerd voor alkenen!

Vergeef me dat ik hier niet in alle details op inga, maar voor polyenen, om een ​​voorbeeld te geven, het zogenaamde fietspedaal ( BP ) en Hula twist ( HT ) routes zijn voorgesteld en bevestigd als ruimtebesparende alternatieven voor de one-bon-flip mechanisme. Dit laatste kan worden gevisualiseerd als "laten we gewoon de andere kant van de voormalige dubbele binding omdraaien als een rotor" .

Terug naar de azobenzenen. Zelfs uit recentere werken ( 2, 3, 4, 5) lijkt het erop dat de E - Z isomerisatie wordt nog steeds niet volledig verklaard, hoewel een eenvoudige rotatie rond de voormalige dubbele binding kan worden uitgesloten.

De twee belangrijkste fracties in het debat ondersteunen mechanismen waarin een bijdrage van inversie door een verandering van de $ \ ce {C-N-N} $ -hoek in de aangeslagen toestand wordt aangenomen. Of dit het enige effect is en de reactie verloopt via een overgangstoestand met een lineaire $ \ ce {CNN} $ opstelling of dat een inversie-geassisteerde torsiebaan mits de betere verklaring nog onduidelijk is.

Referenties

1 George Zimmerman, Lue-Yung Chow en Un-Jin Paik, J. Ben. Chem. Soc. , 1958 , 80 , 3528-3531.

2 Alessandro Cembran, Fernando Bernardi, Marco Garavelli, Laura Gagliardi en Giorgio Orlandi, J. Ben. Chem. Soc. , 2004 , 126 , 3234-3243.

3 Eric Wei-Guang Diau, J. Phys. Chem. A , 2004 , 108 , 950-956.

4 Eric MM Tan, Saeed Amirjalayer, Szymon Smolarek, Alexander Vdovin, Francesco Zerbetto en Wybren Jan Buma, Nature Communications , 2015 , 6 , Artikelnummer: 5860.

5 Junfeng Shao, Yibo Lei, Zhenyi Wen, Yusheng Dou en Zhisong Wang, J. Chem. Phys. , 2008 , 129 , 164111

Aha! Heel erg bedankt Klaus, dit is erg verhelderend. Ik zal de papieren bekijken en verder inzicht krijgen. Ik ben benieuwd naar de BP- en HT-paden en waarom ze zouden voorkomen in de S1 maar niet in de S0-toestand.
@Max BP- en HT-modi worden meestal besproken in de context van polyenen, denk aan homologen met dubbele binding van stilbenen. Als je hierin geïnteresseerd bent, zoek dan naar publicaties van Robert Liu, Jack Saltiel en Werner Fuß. Bekijk voor wat betreft azobenzeen de referenties 2-4 en graaf je een weg naar beneden. of, nog beter, gebruik gewoon het azobenzeen als bouwsteen in de synthese en geef niet om de bloederige details ;-)
Nogmaals bedankt voor het advies! Ik onderzoek dit voor een klasseproject voor moleculaire simulaties, en de bloederige details zijn het belangrijkste onderdeel :)
Tenzij het al een van de verwijzingen in het Nature-artikel is, kan http://dx.doi.org/10.1063/1.3000008 ook interessant zijn.
Ik zou je willen aanmoedigen om naast de DOI ook de citaten te geven, ik moest op alle links klikken om erachter te komen dat ik twee van de papers al had gelezen. Ik denk ook dat een juiste erkenning, althans een naam, een traktatie is in de wetenschap.
-1


Deze Q&A is automatisch vertaald vanuit de Engelse taal.De originele inhoud is beschikbaar op stackexchange, waarvoor we bedanken voor de cc by-sa 3.0-licentie waaronder het wordt gedistribueerd.
Loading...