在光刺激下能够发生结构和性质可逆变化的分子，被称为光开关分子。偶氮苯（Ph-N=N-Ph）是一类经典的光开关分子，它能发生顺(Z)⇌反(E)光异构反应，且两种异构体之间具有较大的结构、性质差异，已成为设计开发光响应体系最常用的分子工具之一。

自1937年首次发现偶氮苯的光异构性质以来，科学家们已经合成了大量的偶氮苯衍生物，这些偶氮光开关分子的研究和应用对许多科学领域产生了深远的影响。但是，常规偶氮分子的光开关性质还有很大提升空间。近年来，为了丰富偶氮光开关的种类，提升光开关性质，人们尝试了用芳杂环来替代偶氮苯的苯环，开发出了一系列令人耳目一新的杂环偶氮分子，特别是有些分子的光开关性质大大超越了传统偶氮苯。然而，目前的研究主要关注单侧杂环偶氮分子（Ph-N=N-Het），而双侧杂环偶氮分子（Het-N=N-Het）还未引起科学界的足够重视。

近日，上海交通大学李涛教授课题组开发了一系列双侧均是吡唑环的偶氮分子，发现这类分子具有出色、可调的光开关性质，并深入地研究了其结构-性质关系，揭示了双杂环偶氮分子的结构独特性和性能优势。

偶氮基团与吡唑环之间有三种键连方式，由此两两组合可以得到六种偶氮双吡唑分子。系统的实验结果表明，这类分子具有几乎定量的E⇌Z双向光异构产率和远高于传统偶氮苯的量子产率，且其Z异构体热半衰期t_1/2涵盖了小时-天-月-年的时间尺度，可随分子结构进行调控。

相对于传统偶氮苯和单侧杂环偶氮分子，双侧杂环对偶氮分子的结构与性质产生了深刻的影响。例如，双侧均是五元环可以大大降低偶氮邻位引入取代基所产生的分子内空间斥力，赋予其E和Z异构体新的结构特点。

值得一提的是，双吡唑偶氮分子克服了单吡唑分子光异构产率和热半衰期之间的固有矛盾。对于单吡唑体系，Z异构体具有长半衰期时（垂直构型），Z→E光异构产率较低，提高Z→E光异构产率又会降低Z异构体的半衰期（扭曲构型）。而双吡唑偶氮分子均有几乎定量的E⇌Z光异构产率，且其半衰期既可长达近两年也可短至几小时。

该研究结果展示了双杂环偶氮分子的巨大发展潜力，将引导研究者更多地关注这种新型的偶氮体系。由于杂环的种类多样，双杂环结构还有极大的探索空间，这将进一步丰富偶氮光开关的类型，为其研究和应用带来新的机遇。

该研究工作得到了变革性分子前沿科学中心培育基金的资助，第一作者是上海交通大学硕士研究生贺逸昕。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202103705