Azo savienojumi ir organisko molekulu klase, ko raksturo azo grupa (-N=N-). To unikālās fotoizomerizācijas īpašības padara tos vērtīgus gaismas -vadāmos materiālos, bioattēlveidošanā un sensoros. Šo savienojumu darbības pamatprincips izriet no atgriezeniska cis-trans izomerizācijas procesa, ko virza elektronisko efektu sinerģiskais efekts un abos azogrupas galos esošo aizvietotāju steriskie šķēršļi.
Pamatstāvoklī azosavienojumi parasti pastāv termodinamiski stabilā transstruktūrā: divi aromātiskie gredzeni vai alkilķēdes ir lineāri izkārtoti, un konjugētā sistēma izplešas, liekot molekulai absorbēt noteiktus redzamās vai tuvu{0}ultravioletās gaismas viļņu garumus. Kad tos ierosina enerģijas-saskaņoti fotoni, elektroni pārlec no savienojošajām π orbitālēm uz antisaites π* orbitālēm, izraisot intramolekulārā lādiņa sadalījuma pārkonfigurāciju un vājinot N=N dubultās saites π-saites raksturlielumus. Šajā brīdī vienas -saites rotācijas barjera samazinās, un molekula var pārveidoties par cis struktūru, griežoties ap N=N asi-, abi aromātiskie gredzeni veido izliektu konformāciju steriskās atgrūšanās dēļ, un novājinātās konjugācijas rezultātā absorbcijas spektrā rodas zila nobīde. Šis fotoizomerizācijas process ir ļoti atgriezenisks: termiskās relaksācijas vai apstarošanas laikā ar citu gaismas viļņa garumu (piemēram, redzamo gaismu) molekula var atgriezties transstāvoklī, pabeidzot "foto{10}slēdža" ciklu.
Azosavienojumu funkcionalitāte ir atkarīga no makroskopisko īpašību izmaiņām, ko izraisa konformācijas izmaiņas. Piemēram, atšķirība starp transstruktūras plakanumu un cis struktūras ne Ja molekula ir pievienota polimēra mugurkaulam, tās konformācijas inversija var izraisīt ķēdes segmenta kustību, ļaujot dinamiski kontrolēt materiāla mehāniskās īpašības. Bioloģiskās sistēmās atgriezeniska azogrupas izomerizācija var izraisīt zāļu molekulu izdalīšanos vai olbaltumvielu konformāciju maiņu, nodrošinot iespējas precīzai medicīnai.
Jāatzīmē, ka aizvietotāju elektroniskie efekti (piemēram, elektronu -nododošās grupas, kas uzlabo N=N saišu polaritāti) un steriskie šķēršļi (piemēram, lielas grupas, kas ierobežo cis konformācijas stabilitāti) būtiski ietekmē izomerizācijas efektivitāti un fotoreakcijas ātrumu. Optimizējot šos parametrus, izmantojot molekulāro dizainu, azo savienojumu gaismjutīgās īpašības var pielāgot, paplašinot to pielietojuma scenārijus viedās fotoreakcijas sistēmās. Tās būtība ir pārveidot gaismas enerģiju vadāmā molekulārās konformācijas informācijā, kontrolējot rotācijas brīvības pakāpes molekulās, izmantojot gaismas kvantu kontroli, un galu galā panākt inteliģentu reakciju uz ārējiem stimuliem.
