Artykuł naszych naukowców w Angewandte Chemie International Edition

Praca „Reliable Determination of Photoreaction Kinetics and Cyclization/Cycloreversion Quantum Yields for Dithienylethene Switches” autorstwa dr. inż. Jakuba Drapały i dr. hab. inż. Krzysztofa Durki z Wydziału Chemicznego PW została wyróżniona na wewnętrznej okładce renomowanego czasopisma Angewandte Chemie International Edition. Współautorami pracy są dr hab. Katarzyna N. Jarzembska i dr inż. Radosław Kamiński z Wydziału Chemii UW.  

Ditienyloeteny (DTE) należą do jednych z najciekawszych związków o właściwościach optycznych, ponieważ ulegają szybkim i odwracalnym reakcjom izomeryzacji pomiędzy formami otwartą i zamkniętą pod działaniem promieniowania ultrafioletowego lub widzialnego. Właściwości optyczne tych układów można precyzyjnie kontrolować poprzez racjonalne modyfikacje ich struktury molekularnej. Podejście to zostało wykorzystane do stworzenia wielu złożonych materiałów funkcjonalnych o określonych właściwościach, które są następnie modulowane poprzez przełączanie jednostek DTE. W rezultacie fotoprzełączniki te zostały z powodzeniem zastosowane już w optoelektronice, układach logicznych, medycynie, biologii, chemo- i biosensorach czy katalizie.

Chociaż udowodniono, że związki DTE można łatwo wbudować w różne złożone materiały, nadal istnieje wiele ograniczeń, które należy pokonać, aby rozszerzyć ich zastosowanie i przejść z modelowych eksperymentów laboratoryjnych do rzeczywistych zastosowań. Powinno temu towarzyszyć dogłębne zrozumienie mechanizmów leżących u podstaw procesu fotoprzełączania, poparte dokładnym określeniem parametrów go opisujących, np. wydajności kwantowej fotoreakcji, konwersji cyklizacji lub okresu półtrwania reakcji.

Prezentowana publikacja dotyczy opracowania nowego modelu opisującego reakcje fotoprzełączania w układach ditienyloetenu. Zaproponowana metoda umożliwia wiarygodne wyznaczanie wydajności kwantowych procesów fotocyklizacji i fotocyklorewersji w różnych warunkach. Co najważniejsze, znajduje ona zastosowanie w szerokim zakresie stężeń i uwzględnia reakcje konkurencyjne. 

– W ramach projektu badaliśmy fotoprzełączniki oparte na strukturze dityenoloetenu (DTE). Obiektem naszego zainteresowania były w szczególności układy zawierające centra metali przejściowych, takich jak: żelazo, cynk, kobalt, miedź czy nikiel. Przeprowadzone badania stanowiły poważne wyzwanie, gdyż już na starcie napotkaliśmy ograniczenia w modelowaniu tych układów wynikające z niedoskonałości dotychczasowych metod – podkreśla dr hab. inż. Krzysztof Durka z Wydziału Chemicznego PW. –  W efekcie zaproponowaliśmy nowatorskie podejście do mechanizmu fotoprzełączania między izomerami, umożliwiające precyzyjne przewidywanie zachowania tych związków w różnych warunkach i ich dalsze projektowanie pod kątem wyżej wymienionych zastosowań. Badania te zostały opublikowane w prestiżowym czasopiśmie Angewandte Chemie International Edition i zostały wyróżnione okładką wewnętrzną czasopisma.

Dzięki zastosowaniu zarówno rozwiązań analitycznych, jak i numerycznych równań kinetycznych uzyskano spójne wyniki: metoda numeryczna zapewnia wysoką dokładność wyznaczania wydajności kwantowych, natomiast metoda analityczna umożliwia przewidywanie przebiegu fotoreakcji DTE. Uniwersalność modelu potwierdzono dla czterech różnych fotoprzełączników DTE w szerokim zakresie stężeń, rozpuszczalników i długości fali wzbudzenia.

Praca powstała w ramach realizacji grantu NCN OPUS (2019/33/B/ST4/03144) – liderem konsorcjum był Uniwersytet Warszawski (dr inż. Radosław Kamiński), a partnerem Politechnika Warszawska (reprezentowana przez dr. hab. inż. Krzysztofa Durkę).

Link do artykułu: https://doi.org/10.1002/anie.202514591

Link do okładki: https://doi.org/10.1002/anie.2025-m0512050000