Hợp chất azo là một loại phân tử hữu cơ được đặc trưng bởi nhóm azo (-N=N-). Đặc tính quang hợp độc đáo của chúng khiến chúng có giá trị trong các vật liệu-điều khiển ánh sáng, hình ảnh sinh học và cảm biến. Nguyên lý hoạt động cốt lõi của các hợp chất này bắt nguồn từ quá trình đồng phân hóa cis-trans thuận nghịch được thúc đẩy bởi hiệu ứng hiệp lực của các hiệu ứng điện tử và lực cản không gian của các nhóm thế ở cả hai đầu của nhóm azo.
Ở trạng thái cơ bản, các hợp chất azo thường tồn tại ở cấu trúc chuyển hóa ổn định về mặt nhiệt động: hai vòng thơm hoặc chuỗi alkyl được sắp xếp tuyến tính và hệ liên hợp mở rộng, khiến phân tử hấp thụ các bước sóng cụ thể của ánh sáng nhìn thấy hoặc tia cực tím gần. Khi bị kích thích bởi các photon tương ứng về năng lượng{2}}, các electron sẽ nhảy từ các quỹ đạo π liên kết sang các quỹ đạo π* phản liên kết, gây ra sự cấu hình lại sự phân bố điện tích nội phân tử và làm suy yếu các đặc tính liên kết π-của liên kết đôi N=N. Tại thời điểm này, hàng rào xoay liên kết đơn-giảm đi và phân tử có thể biến đổi thành cấu trúc cis thông qua chuyển động quay quanh trục N=N-hai vòng thơm tạo thành cấu trúc uốn cong do lực đẩy không gian và liên hợp yếu dẫn đến sự dịch chuyển màu xanh lam trong phổ hấp thụ. Quá trình quang hợp này có tính thuận nghịch cao: dưới tác dụng thư giãn nhiệt hoặc chiếu xạ bằng bước sóng ánh sáng khác (chẳng hạn như ánh sáng khả kiến), phân tử có thể trở lại trạng thái chuyển hóa, hoàn thành chu trình "chuyển đổi ảnh".
Chức năng của hợp chất azo phụ thuộc vào sự thay đổi tính chất vĩ mô do thay đổi về hình dạng. Ví dụ: sự khác biệt giữa độ phẳng của cấu trúc trans và độ không phẳng của cấu trúc cis ảnh hưởng đến kiểu xếp chồng liên phân tử, do đó làm thay đổi chiết suất, nhiệt độ chuyển pha tinh thể lỏng hoặc độ thấm ướt bề mặt của vật liệu. Nếu phân tử được gắn vào khung polyme, sự đảo ngược về hình dạng của nó có thể gây ra chuyển động của các đoạn chuỗi, cho phép điều khiển động các tính chất cơ học của vật liệu. Trong các hệ thống sinh học, quá trình đồng phân hóa thuận nghịch của nhóm azo có thể kích hoạt giải phóng các phân tử thuốc hoặc chuyển đổi cấu trúc protein, mang lại khả năng cho y học chính xác.
Đáng chú ý là hiệu ứng điện tử của các nhóm thế (chẳng hạn như các nhóm cho electron-tăng cường độ phân cực của liên kết N=N) và lực cản không gian (chẳng hạn như các nhóm lớn hạn chế tính ổn định của cấu trúc cis) ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất đồng phân hóa và tốc độ phản ứng quang. Bằng cách tối ưu hóa các thông số này thông qua thiết kế phân tử, các đặc tính cảm quang của hợp chất azo có thể được tùy chỉnh, mở rộng các kịch bản ứng dụng của chúng trong các hệ thống phản ứng quang thông minh. Bản chất của nó là chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành thông tin về cấu trúc phân tử có thể kiểm soát được bằng cách kiểm soát mức độ tự do quay trong các phân tử thông qua kiểm soát lượng tử ánh sáng và cuối cùng đạt được phản ứng thông minh với các kích thích bên ngoài.
