Лаборатория фотохромных систем

Заведующий лабораторией — к.ф-м.н. Барачевский В.А.

Основным научным направлением лаборатории является разработка методов управления функциональными свойствами фотохромных органических соединений путем изменения их структуры, межмолекулярного взаимодействия и агрегатного состояния, создание гибридных и наноструктурированных систем на их основе.
Лабораторией был синтезирован ряд новых фотохромных соединений из класса спирооксазинов и хроменов, включая бис-хромены. Для соединений из классов спиропиранов, спирооксазинов , хроменов, феноксипроизводных хинонов, формазанов, азокрасителей, дигетарилэтенов , фульгимидов установлены закономерности между структурой и свойствами фотохромных соединений, выявлены особенности механизма их фотохромных превращений. Методами молекулярного моделирования и квантово-химических расчетов объяснены фотохромные свойства бис-хроменов.
Разработана и создана информационная база данных по фотохромным органическим соединениям, содержащая информацию о более 1000 фотохромных веществю
В результате исследования флуоресцентных свойств фотохромных диарилэтенов, спиропиранов и спирооксазинов, а также фотохромогенных хромонов получены полимерные системы с фотоуправляемыми флуоресцентными свойствами
Разработаны способы получения полимолекулярных слоев на основе фотохромных спиросоединений, дигетарилэтенов, а также азо-, цианиновых и скварилиевых красителей методами Ленгмюра-Блоджетт и Ленгмюра-Шеффера. Установлены зависимости между структурой фотохромных соединений и эффективностью их фотохромизма в полимолекулярных слоях, а также влияние компонентного состава и структуры полимолекулярных слоев на фотохромные превращения веществ.
Изучена фотоиндуцированная агрегации молекул фотохромных спиросоединений в растворах и полимолекулярных слоях. Выявлена зависимость между эффективностью агрегации фотоиндуцированной мероцианиновой формы и ее структурой. Впервые для спирокумаринпирана обнаружено эффективное образование J – агрегатов, сопровождающееся резонансной флуоресценцией и обеспечивающее эффективные нелинейно–оптическое преобразование лазерного излучения Разработаны методы молекулярного моделирования фотохромных соединений из классов спиросоединений и фульгимидов, показана возможность создания на их основе и трифосфазена, использованного в качестве темплейта, фотохромных нанокластеров.
Исследовано явление фотоиндуцированной реверсивной анизотропии поглощения и преломления в фотохромных и фотополимеризующихся полимерных слоях. Обнаружено и изучено явление термоиндуцированной анизотропии в механически ориентированных полимерных пленках различной природы.
В результате исследования влияния полимерного связующего на свойства фотохромных соединений показано, что за счет использования сополимеров возможно увеличение свободного молекулярного объема, способствующего повышению эффективности фотохромных превращений соединений различных классов. Установлено, что на основе мономерных фотохромных функционализированных соединений из классов диарилэтенов и фульгимидов можно получать фотохромные полимеры с приемлемыми фотохромными свойствами.
С целью создания фотоуправляемых биообъектов проведено исследование, в результате которого показано, что целевой синтез фотохромных ретиналей на основе функционализированных фотохромных соединений из классов спиропиранов, диарилэтенов и фульгимидов может обеспечить замену бактериродопсина в биообъектах
Показана возможность создания наноструктурированных фотохромных полимеров путем валентного связывания функционализированных фотохромных соединений из классов диарилэтенов и фульгимида с функцонализированной поверхностью полиакрилатов.
С использованием функционализированных фотохромных соединений из классов спиропиранов, спирооксазинов, хроменов, фульгимидов, диарилэтенов разработаны методы получения фотохромных наночастиц на основе органических и неорганических наночастиц, включая наночастицы благородных металлов (золота, серебра).
Показано, что фотохромные диарилэтены, органические флуорофоры (феналенононы) и квантовые точки (CdSe/ZnS) пригодны для создания органических и гибридных органическо - неорганических систем с недеструктивной обратимой фотоуправляемой флуоресценцией.
Экспериментально доказана возможность использования соединений из классов спиропиранов, спирооксазинов и хроменов для обратимого селективного комплексообразования с катионами металлов и разработаны методы оптической хемосенсорики.

Ведутся работы по синтезу и исследованию функциональных свойств фотохромных соединений из классов хроменов и диарилэтенов в зависимости от их структуры с целью улучшения обратимости и эффективности фотохромных превращений.
Проведен большой объем фундаментальных исследований «структура – свойства» для фотохромных соединений из классов термически необратимых диарилэтенов и термически релаксирующих спиросоединений и хроменов, обеспечивший разработку:

-светочувствительных полимерных регистрирующих сред для 3D оптической памяти;

- фотохромных полимерных масок для нанофотолитографии;

- солнцезащитных теплосберегающих фотохромных полимерных пленок;

- фотохромных наноструктурированных фотопереключателей, обратимо и

одновременно изменяющих абсорбционные, флуоресцентные и

электрические свойства;

- фотохромных хемосенсоров для определения катионов металлов.

Определены пути совершенствования фотохромных систем для указанных выше приложений.

В результате проведенных фундаментальных исследований разработаны научные основы для создания:

- оптических дисков архивного и реверсивного типа, обеспечивающих недеструктивное флуоресцентое считывание оптической информации, с информационной емкостью более 2 ТБ;

-многофункциональных фотохромных полимерных покрытий для остекления строительных конструкций и транспортных средств;

-оптических хемосенсоров для определения содержания ионов металлов в жидких средах.

Дальнейшее развитие исследований в области органического фотохромизма органического фотохромизма связывается с синтетическими и фундаментальными исследованиями в области систем с отрицательным фотохромизмом и с расширением областей применения фотохромных веществ в биологии и медицине.