Исследователи открыли новый механизм в области фотохимии, который показывает, что микроокружение молекулы может сильно влиять на её реакцию на свет.

Международная группа учёных под руководством исследователей из Куала-Таунского технологического университета опровергает давнее убеждение в области фотохимии, делая открытия, которые могут повлиять на самые разные сферы — от здравоохранения до высокотехнологичного производства.

В их исследовании, опубликованном в Журнале Американского химического общества, предполагается, что способность света вызывать химические реакции зависит не только от того, насколько сильно молекула его поглощает.

Группа под руководством главного исследователя, заслуженного профессора Кристофера Барнер-Коволлика, а также ведущих авторов, доктора Джошуа Кэрролла и Фреда Пашели-Джонсона из группы по изучению материалов из мягких тканей Квинслендского технологического университета, открыла ранее неизвестный механизм. Они обнаружили, что локальная молекулярная среда играет решающую роль в формировании реакции молекул на воздействие света.

«Поскольку свет состоит из спектра цветов, уже много лет считается, что цвет, который лучше всего поглощается молекулой, будет наиболее эффективным для запуска любых фотохимических реакций», — сказал доктор Кэрролл.
«Наши эксперименты подтвердили, что микросреда вокруг каждой отдельной поглощающей молекулы может влиять на совершенно разные свойства».

Свет с красным смещением и «эффект красной кромки»

Команда Квинслендского технологического университета обнаружила, что эти эффекты могут приводить к увеличению времени жизни в возбуждённом состоянии, что делает некоторые молекулы более реактивными при воздействии света с более низким энергетическим уровнем и красным смещением.

Такое поведение было связано с известным в науке о флуоресценции явлением под названием «эффект красной границы», и его влияние на фотохимическую реактивность было подтверждено с помощью передовых экспериментальных методов, включая флуоресцентную спектроскопию и графики фотохимического действия.

Флуоресцентная спектроскопия — это метод, используемый для изучения флуоресцентных свойств веществ, то есть того, как они поглощают свет с одной длиной волны, а затем излучают свет с большей длиной волны. Графики фотохимического действия показывают, насколько эффективно различные длины волн света стимулируют конкретную фотохимическую реакцию.

Международное усилие

В исследовательскую группу QUT также входили доктор Мацей Кляйн и доцент Аджай Пандей, а также профессор Андреас Унтеррайнер и Тереза Стефан из Технологического института Карлсруэ (KIT) и доктор Михаэль Вальтер из Фрайбургского университета в Германии.

Потенциальное влияние наблюдаемого и объяснимого эффекта позволит исследователям разработать более сложные фотохимические технологии в таких областях, как фотодинамическая терапия, 3D-печать, органическая химия, солнечная энергетика и многих других.

«Последствия могут быть колоссальными», — сказала профессор Барнер-Коволик.
«Контролируя микросреду с помощью выбора растворителя или молекулярного дизайна, мы можем регулировать воздействие света на молекулы, что позволяет повысить точность фотохимической доставки лекарств, разработки полимеров и сбора света».

Ссылка: «Микроокружение как объяснение несоответствия между фотохимической поглощающей способностью и реакционной способностью» Джошуа А. Кэрролла, Фреда Пэшли-Джонсона, Мацея Кляйна, Терезы Стефан, Аджая К. Панди, Майкла Уолтера, Андреаса-Нила Унтеррайнера и Кристофера Барнер-Коволлика, 16 июля 2025 г., Журнал Американского химического общества. DOI: 10.1021/jacs.5c06961

Исследование проводилось при поддержке Австралийского исследовательского совета и Немецкого научно-исследовательского общества.