Study of the rate of the cis/trans isomerization of azobenzene derivatives using nuclear magnetic resonance

Abstract

Photochemical switches, particularly azobenzene derivatives, have gained significant attention due to their ability to undergo reversible cis/trans isomerization. This unique property makes them promising candidates for applications in molecular electronics, data storage, and targeted drug delivery. Despite extensive research, the effects of structural modifications and external conditions on their isomerization behavior remain an important topic of study. This thesis explores the isomerization kinetics of meta substituted ortho- fluoroazobenzene derivatives using 19F NMR spectroscopy with 1H decoupling. In addition to studying isomerization, NMR spectroscopy was also used for molecular identification and structural assignment, ensuring the accurate characterization of the investigated compounds. Special attention is given to the influence of temperature, solvent and substituent effects on the stability of the cis isomer. To complement these experiments, UV/VIS spectroscopy is employed to analyze absorption properties, and density functional theory (DFT) calculations allow insight into the electronic structure and its influence on the energy barriers associated with isomerization. By integrating experimental and computational approaches, this study aims to deepen the understanding of how...

Fotochemické přepínače, zejména azobenzenové deriváty, si získaly značnou pozornost díky své schopnosti podléhat reverzibilní cis/trans isomerizaci. Tato jedinečná vlastnost z nich činí slibné kandidáty pro aplikace v molekulární elektronice, ukládání dat a cíleném podávání léčiv. Navzdory rozsáhlému výzkumu zůstává vliv strukturních modifikací a vnějších podmínek na jejich isomerizační chování důležitým tématem studia. Tato práce zkoumá kinetiku isomerizace meta substituovaných ortho- fluoroazobenzenových derivátů pomocí 19F NMR spektroskopie s 1H dekaplingem. Kromě studia isomerizace byla NMR spektroskopie použita také pro molekulární identifikaci a strukturní přiřazení, což zajistilo přesnou charakterizaci zkoumaných sloučenin. Zvláštní pozornost je věnována vlivu teploty, rozpouštědla a substituentů na stabilitu cis isomeru. Jako doplněk k těmto experimentům je použita UV/VIS spektroskopie k analýze absorpčních vlastností a výpočty teorie funkcionálu hustoty (DFT) umožňující nahlédnout do elektronické struktury a jejího vlivu na energetické bariéry spojené s izomerizací. Cílem této práce je integrací experimentálních a výpočetních přístupů prohloubit porozumění tomu, jak fluorované azobenzenové deriváty reagují na různé vnější faktory. Získané poznatky přispívají k rozšíření oboru molekulárních...