A Természettudományi Kutatóközpont munkatársai svéd kollégáikkal együttműködve új típusú molekuláris kapcsolót fejlesztettek ki, amelynek működése az eddig vizsgált rendszerekhez képest eltérő koncepción alapul.

Molekuláris kapcsolóknak azokat a molekulákat nevezzük, amelyek szerkezete legalább két stabil állapot között reverzibilisen változtatható valamilyen külső inger (pl. fény vagy hő) hatására. Ezeket az anyagokat számos tudományterületen vizsgálják, ugyanis különböző molekuláris szintű folyamatok kontrollálására adnak lehetőséget szerkezetük megváltoztatásán keresztül. Használatukkal befolyásolható például a töltéshordozók áramlása, ami molekuláris elektronikai szempontból érdekes, vagy térben és időben kontrollálható a gyógyszerhatóanyagok biológiai hatása.

A molekuláris kapcsolók közül az egyik széles körben tanulmányozott vegyületcsalád a ditienil-eténeké, amelyek a megfelelő hullámhosszú fény hatására képesek átalakulni egy „nyílt” és egy „zárt” forma között, az elektronrendszerük számottevő átrendeződése mellett. Eddig úgy tűnt, ez az átrendeződés korlátozza a kapcsolóként alkalmazható szerkezetek körét, mivel a kapcsoló „lelkét” képező szén-szén kettős kötések izoláltak, de legalábbis erősen lokalizált jellegűek az ismert és működő rendszerekben. Annak ellenére, hogy számos érdekes alkalmazása merülhet fel olyan kapcsolóknak, ahol ez a kettős kötés egy delokalizált aromás rendszer része, eddig ilyen származékokat szinte egyáltalán nem vizsgáltak. Ennek oka, hogy a lokalizált kettős kötésekkel ellentétben az aromás delokalizáció olyan stabilitást ad a molekulának alapállapotban, amelyről eddig úgy gondolták, hogy ellenállóvá teszi a rendszert a fény hatására bekövetkező átrendeződéssel szemben, azaz nem kapcsol.

Kalapos Péter Pál és London Gábor, a TTK-n működő Funkcionális Szerves Anyagok Lendület Kutatócsoport munkatársai – együttműködve Bo Durbeej professzornak a Linköpingi Egyetemen működő elméleti kémiai kutatócsoportjával – az aromás benzolgyűrűt tartalmazó ditienil-benzol molekula fotokémiai tulajdonságait vizsgálták. Megközelítésük alapját a Baird-szabály képezte, amelynek lényege, hogy egy aromás rendszer gerjesztett állapotban antiaromássá alakul. Ez a gerjesztett állapotbeli antiaromásság kedvezőtlen a molekula számára, attól bármilyen lehetséges módon szabadulni akar. A feltételezés az volt, hogy a kapcsolás egy lehetséges út a kedvezőtlen gerjesztett állapotból való menekülésre.

A kutatók mind kísérleti, mind elméleti kémiai módszerekkel igazolták ezt a koncepciót, ezzel kiterjesztették a ditienil-etén típusú kapcsolók lehetséges szerkezeteit az aromás egységet tartalmazó molekulákra. Eredményeiket a kémia vezető szaklapjában, a Journal of the American Chemical Society-ben,[1] a Nature Index[2] által jegyzett folyóiratban ismertették.

[1] https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c06327
[2] https://www.natureindex.com/faq#journals