Photoisomerisaatio

Photoisomerisaatio on fotokemiallinen reaktio, jossa valon vaikutuksesta molekyylin isomeerinen rakenne muuttuu. Yleisimmin kyse on cis–trans-isomerisaatiosta kaksoissidoksen tai rengasrakenteen ympärillä. Muutos vaikuttaa geometriaan sekä moniin kemiallisiin ja fysikaalisiin ominaisuuksiin. Photoisomerisaatio eroaa termisestä isomerisaatiosta, joka tapahtuu pääosin lämpötilan vaikutuksesta ilman valon viritystä.

Yleisimmät esimerkit photoisomerisaatiossa ovat cis–trans-muutokset konjugoitujen järjestelmien ympärillä sekä retinaalin isomeria näköaistissa: valon vaikutuksesta 11-cis-retinaali muuttuu all-trans-retinaaliksi. Fotoni virittää molekyylin korkeammalle elektronitasolle, ja palatessaan takaisin alempaan tilaan molekyyli voi muodostaa uuden isomeerin. Prosessi on tyypillisesti nopeasti etenevä ja kytkettävissä takaisin valon avulla tai ympäristön lämpötilan vaikutuksesta.

Mekanismina liittyy elektronisen virittymisen seuraus: absorbointi siirtää molekyylin S1-tilaan, jonka jälkeen se palautuu alempaan tilaan ja tuottaa toisen isomeerin. Reaktiota voidaan edistää sekä rotaation että inversionin tavoin, ja reittivalinnat sekä ympäristötekijät vaikuttavat isomerisoitumisen tehokkuuteen.

Photoisomerisaatiolla on laajoja sovelluksia sekä tutkimuksessa että teknologiassa: valon ohjaamat molekyylisäätimet ja kytkimet, nestemäisten kristallien toiminta, tietojen tallennus sekä fotofarmasia. Kvanttihyötysuhde vaihtelee runsaasti, mutta tarjoaa keinon tehdä toistuvia, kontrolloitavia isomerointiprosesseja.