分子開關是具有分子結構的化學品，可以根據環境的變化在兩個或更多的穩定構型之間轉換。它們在開發分子計算機、分子機器和藥物輸送系統方面具有很大的意義。具有構象異構體的化合物–相同的分子式但不同的分子結構–可以成為非常有效的分子開關。

折疊和扭曲的異構體吸收不同波長的光。資料來源：菅原一馬等人，《材料化學前沿》。2023年2月8日

北海道大學和九州大學的研究人員開發了一種技術，從蒽醌二甲醚（AQD），一組過度擁擠的有機分子中合成潛在的分子開關。這項研究由北海道大學的石垣祐介副教授和九州大學的小野利和副教授領導，發表在《材料化學前沿》雜誌上。

新化合物的甲基衍生物有四種不同的異構體，各自有不同的晶體結構。資料來源：Kazuma Sugawara, et al. Material Chemistry Frontiers. 2023年2月8日

“AQD是一種過度擁擠的乙烯，分子中的碳-碳雙鍵被大型化學基團包圍，”小野解釋說。”它們有兩種常見的異構體，即折疊的和扭曲的形式。它們作為分子開關特別有趣，因為它們的立體阻礙性雙鍵可以提供吸收和發射不同波長的光的異構體。”

AQD通常採用最穩定的折疊或扭曲形式，因此很難分離出任何其他異構體的純樣品來研究其特性。研究人員通過設計靈活的AQD衍生物克服了這一障礙，這些衍生物可以更容易和穩定地形成不同的異構體。

當研磨成無定形固體並用適當的溶劑處理時，光的吸收和發射發生變化。資料來源：Kazuma Sugawara, et al. Materials Chemistry Frontiers. 2023年2月8日

合成的衍生物不僅能夠穩定地形成扭曲和折疊的異構體，而且在不同的溶劑中重結晶時還能形成其他的異構形式。研究人員對這些衍生物進行了詳細分析，以充分了解它們的特性。

北海道大學的作者Takanori Suzuki（左）、Kazuma Sugawara（中）和Yusuke Ishigaki（右）。資料來源：石垣祐介

在晶體狀態下，這些異構體中的每一種都吸收和發射不同頻率的光，這是由於異構體分子中電子分佈的不同。有趣的是，當晶體被研磨成無定形固體時，光的吸收和發射發生了變化，用適當的溶劑處理後，可以產生原始的或其他具有各種顏色的晶體。

Yoshio Yano（左）和Toshikazu Ono（右），來自九州大學的作者。Credit: Toshikazu Ono

“這項工作是關於分離AQD多種異構體形式的第一份報告，”Ishigaki總結道。”它們對不同光頻的吸收和發射，更重要的是，通過外部刺激調控吸收和發射的能力，使這些化合物成為開發分子開關的優秀候選者。”