Detection of photoreversibility of NO2–ONO linkage isomerization in [Co(NH3)5NO2]Cl(NO3 crystals by the photomechanical response method

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Linkage isomerization NO2-ONO (nitro-nitrito) in the complex cation [Co(NH3)5NO2]2+ is a well-studied classical reaction. It is believed that the photoisomerization of the nitro form to nitrito in the crystalline phase achieves complete transformation at low temperature, while the reverse transformation proceeds as a first-order thermal intramolecular reaction upon heating of the crystals. To date, there is no information about the possibility of reverse photoisomerization. In this work, photoisomerization in [Co(NH3)5NO2]Cl(NO3) crystals is investigated by the analysis of crystal deformation caused by the transformation at different wavelengths. A change in the lattice parameters during the transformation leads to reliably measurable elongation and bending of acicular crystals. It is shown that the limiting elongation of the crystal under prolonged irradiation depends on the wavelength, which proves the reversibility of photoisomerization. The quantum yield of the reverse reaction is estimated to be 0.04 of the quantum yield of the direct reaction.

Full Text

Restricted Access

About the authors

S. A. Chizhik

Institute of Solid State Chemistry and Mechanochemistry Siberian Branch of Russian Academy of Science

Author for correspondence.
Email: stas@solid.nsc.ru
Russian Federation, Novosibirsk

P. A. Gribov

Institute of Solid State Chemistry and Mechanochemistry Siberian Branch of Russian Academy of Science

Email: stas@solid.nsc.ru
Russian Federation, Novosibirsk

V. Yu. Kovalskii

Institute of Solid State Chemistry and Mechanochemistry Siberian Branch of Russian Academy of Science

Email: stas@solid.nsc.ru
Russian Federation, Novosibirsk

A. A. Sidelnikov

Institute of Solid State Chemistry and Mechanochemistry Siberian Branch of Russian Academy of Science

Email: stas@solid.nsc.ru
Russian Federation, Novosibirsk

References

  1. Gibbs W. and Genth F.A. Researches on the Ammonia-cobalt Bases (Smithsonian Institution, 1856).
  2. Jörgensen S.M. // Z. Anorg. Chem. 1894. V. 5. 147–196,
  3. Kauffman G.B. // Coord. Chem. Rev. 1973. V. 11. P. 161–188.
  4. Boldyreva E.V. // Molecular Crystals and Liquid Crystals Science and Technology. Section A. Molecular Crystals and Liquid Crystals. 1994. V. 242. P. 17–52.
  5. Boldyreva E.V. // Russian Journal of Coordination Chemistry. 2001. V. 27. P. 297–323.
  6. Basolo F., Pearson R.G. Mechanisms of inorganic reactions: Study of metal complexes in solution (John Wiley & Sons, Nashville, TN, 1967).
  7. Scandola F., Bartocci C., Scandola M.A. // The Journal of Physical Chemistry. 1974. V. 78. P. 572–575.
  8. Balzani V., Ballardini R., Sabbatini N., Moggi L. // Inorg. Chem. 1968. V. 7. P. 1398–1404.
  9. Kubota M., Ohba S. // Acta Crystallogr., Sect. B. 1992. V. 48. P. 627–632.
  10. Heyns A.M., de Waal D. // Spectrochimica Acta Part A: Molecular Spectroscopy. 1989. V. 45. P. 905–909.
  11. Eslami A. // Thermochim. Acta. 2004. V. 409. P. 189–193.
  12. Eslami A., Hasani N. // Thermochim. Acta. 2014. V. 575. P. 114–121.
  13. Chizhik S., Sidelnikov A., Zakharov B., Naumov P., Boldyreva E. // Chemical Science. 2018. V. 9. P. 2319–2335.
  14. Adell B. // Z. Anorg. Allg. Chem. 1952. V. 271. № 1–2. P. 49–64.
  15. Boldyreva E.V., Sidelnikov A.A., Chupakhin A.P., Lyakhov N.Z., Boldyrev V.V. // Dokl. Akad. Nauk SSSR 1984. V. 277. P. 893–896.
  16. Boldyreva E.V., Sidelnikov A.A. // Izv. Sib. Otd. Akad. Nauk SSR, Ser. Khim. Nauk 1987. V. 5.
  17. Boldyreva E.V. // Solid State Ionics. 1997. V. 101–103. P. 843.
  18. Kitagawa D., Tanaka R., Kobatake S. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2015. V. 17. № 41. P. 27300.
  19. Luty T., Eckhardt C.J. // J. Amer. Chem. Soc. 1995. V. 117. № 9. P. 2441.
  20. Sidelnikov A.A., Chizhik S.A., Zakharov B.A., Chupakhin A.P., Boldyreva E.B. // CrystEngComm. 2016. V. 18. № 38. P. 7276.
  21. Grenthe I., Nordin E. // Inorg. Chem. 1979. V. 18. № 7. P. 1869.
  22. Ciofini I., Adamo C. // J. Phys. Chem. A. 2001. V. 105. № 6. P. 1086.
  23. Johnson D.A., Pashman K.A. // Inorg. Nucl. Chem. Lett. 1975. V. 11. № 1. P. 23.
  24. Muya J.T., Chung H., Lee S.U. // RSC Adv. 2018. V. 8. № 6. P. 3328.
  25. Muya J.T., Meher B.R., Sahoo S.C., Chung H. // Intern. J. Quantum Chem. 2019. V. 19. № 14. P. e25929.
  26. Jackson W.G. // J. Chem. Educ. 1991. V. 68. № 11. P. 903.
  27. Phillips W.M., Choi S., Larrabee J.A. // Ibid. 1990. V. 67. № 3. P. 267.
  28. Masciocchi N., Kolyshev A., Dulepov V., Boldyreva E., Sironi A. // Inorg. Chem. 1994. V. 33. № 12. P. 2579.
  29. Beattie I.R., Satchell D.P.N. // Trans. Faraday Soc. 1956. V. 52. P. 1590.
  30. Naumov P., Chizhik S., Panda M.K., Nath N.K., Boldyreva E. // Chem. Rev. 2015. V. 115. № 22. P. 12440.
  31. Nath N.K., Panda M.K., Sahoo S.C., Naumov P. // CrystEngComm. 2014. V. 16. № 10. P. 1850.
  32. Commins P., Desta I.T., Karothu D.P., Panda M.K., Naumov P. // Chem. Commun. 2016. V. 52. № 97. P. 13941.
  33. White T.J. Photomechanical Materials, Composites, and Systems: Wireless Transduction of Light into Work. Wiley, 2017. P. 233.
  34. Naumov P., Karothu D.P., Ahmed E., Catalano L., Commins P. et al. // J. Amer. Chem. Soc. 2020. V. 142. № 31. P. 13256.
  35. Halabi J.M., Ahmed E., Sofela S., Naumov P. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2021. V. 118. № 5. P. e2020604118.
  36. Gromov S.P., Chibisov A.K., Alfimov M.V. // Russian Journal of Physical Chemistry B. 2021. V. 15. P. 219.
  37. Kitagawa D., Tanaka R., Kobatake S. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2015. V. 17. № 41. P. 27300.
  38. Hirano A., Kitagawa D., Kobatake S. // CrystEngComm. 2019. V. 21. № 15. P. 2495.
  39. Kitagawa D., Kobatake S. // J. Phys. Chem. C. 2013. V. 117. № 40. P. 20887.
  40. Kim T., Zhu L., Mueller L.J., Bardeen C.J. // J. Amer. Chem. Soc. 2014. V. 136. № 18. P. 6617.
  41. Ahmed E., Chizhik S., Sidelnikov A., Boldyreva E., Naumov P. // Inorg. Chem. 2022. V. 61. № 8. P. 3573.
  42. Schneider C.A., Rasband W.S., Eliceiri K.W. // Nat. Methods. 2012. V. 9. № 7. P. 671.
  43. Mayerhofer T.G., Pahlow S., Popp J. // ChemPhysChem. 2020. V. 21. № 18. P. 2029.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Extinction coefficient of isomers [Co(NH3)5NO2]2+ (1) and [Co(NH3)5ONO]2+ (2) in aqueous solution. Data taken from [8].

Download (71KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Image of the measured crystal (a) and noise of measuring the length and relative deflection of the central part of the crystal without illumination at T = 0 °C (b).

Download (316KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Kinetics of changes in elongation (a) and curvature (b) of a crystal upon sequential illumination by sources with wavelengths of 425, 350, and 425 nm at T = 0 °C. Insets: enlarged sections of the dependences of changes in the length and curvature of the crystal caused by switching light sources.

Download (233KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Combined image of the crystal in three successive stages of the process shown in Fig. 3: 1 - initial state, 2 - peak of curvature when illuminated by a source l = 425 nm (t = 103 s), 3 - peak of curvature achieved after switching from a wavelength of 425 to 350 nm (t = 104 s). Image 2 shows the marks used by the crystal shape analysis algorithm. The arrows indicate the direction of crystal illumination.

Download (54KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Kinetics of changes in elongation (a) and curvature (b) of the [Co(NH3)5NO2]Cl(NO3) crystal caused by switching radiation sources: 1 - 403 → 350 nm, 2 - 403 → 375 nm, 3 - 403 → 425 nm, 4 - 403 → 465 nm, 5 - 425 → 350 nm, 6 - 465 → 350 nm, 7 - 465 → 375 nm, 8 - 465 → 425 nm, 9 - 465 → 491 nm.

Download (180KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Dependence of the photostationary degree of nitro-nitrite isomerization on wavelength at 0 °C in the [Co(NH3)5NO2]Cl(NO3) crystal (dots) and the model of the Cps(l) dependence, according to equation (3) at Ф2/Ф1 = 0.04 (line).

Download (120KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Dependence of the residual curvature of the crystal in the photostationary state on the wavelength of the radiation source, calculated from equation (7).

Download (58KB)
Indexing metadata

Note

Х Международная конференция им. В.В. Воеводского “Физика и химия элементарных химических про­цессов” (сентябрь 2022, Новосибирск, Россия).


Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».