分子开关是具有分子结构的化学品，可以根据环境的变化在两个或更多的稳定构型之间转换。它们在开发分子计算机、分子机器和药物输送系统方面具有很大的意义。具有构象异构体的化合物--相同的分子式但不同的分子结构--可以成为非常有效的分子开关。
折叠和扭曲的异构体吸收不同波长的光。资料来源：菅原一馬等人，《材料化学前沿》。2023年2月8日
北海道大学和九州大学的研究人员开发了一种技术，从蒽醌二甲醚（AQD），一组过度拥挤的有机分子中合成潜在的分子开关。这项研究由北海道大学的石垣祐介副教授和九州大学的小野利和副教授领导，发表在《材料化学前沿》杂志上。
新化合物的甲基衍生物有四种不同的异构体，各自有不同的晶体结构。资料来源：Kazuma Sugawara, et al. Material Chemistry Frontiers. 2023年2月8日
"AQD是一种过度拥挤的乙烯，分子中的碳-碳双键被大型化学基团包围，"小野解释说。"它们有两种常见的异构体，即折叠的和扭曲的形式。它们作为分子开关特别有趣，因为它们的立体阻碍性双键可以提供吸收和发射不同波长的光的异构体。"
AQD通常采用最稳定的折叠或扭曲形式，因此很难分离出任何其他异构体的纯样品来研究其特性。研究人员通过设计灵活的AQD衍生物克服了这一障碍，这些衍生物可以更容易和稳定地形成不同的异构体。
当研磨成无定形固体并用适当的溶剂处理时，光的吸收和发射发生变化。资料来源：Kazuma Sugawara, et al. Materials Chemistry Frontiers. 2023年2月8日
合成的衍生物不仅能够稳定地形成扭曲和折叠的异构体，而且在不同的溶剂中重结晶时还能形成其他的异构形式。研究人员对这些衍生物进行了详细分析，以充分了解它们的特性。
北海道大学的作者Takanori Suzuki（左）、Kazuma Sugawara（中）和Yusuke Ishigaki（右）。资料来源：石垣祐介
在晶体状态下，这些异构体中的每一种都吸收和发射不同频率的光，这是由于异构体分子中电子分布的不同。有趣的是，当晶体被研磨成无定形固体时，光的吸收和发射发生了变化，用适当的溶剂处理后，可以产生原始的或其他具有各种颜色的晶体。
Yoshio Yano（左）和Toshikazu Ono（右），来自九州大学的作者。Credit: Toshikazu Ono
"这项工作是关于分离AQD多种异构体形式的第一份报告，"Ishigaki总结道。"它们对不同光频的吸收和发射，更重要的是，通过外部刺激调控吸收和发射的能力，使这些化合物成为开发分子开关的优秀候选者。"