TY - JOUR A1 - Titov, Evgenii A1 - Sharma, Anjali A1 - Lomadze, Nino A1 - Saalfrank, Peter A1 - Santer, Svetlana A1 - Bekir, Marek T1 - Photoisomerization of an azobenzene-containing surfactant within a micelle JF - ChemPhotoChem N2 - Photosensitive azobenzene-containing surfactants have attracted great attention in past years because they offer a means to control soft-matter transformations with light. At concentrations higher than the critical micelle concentration (CMC), the surfactant molecules aggregate and form micelles, which leads to a slowdown of the photoinduced trans -> cis azobenzene isomerization. Here, we combine nonadiabatic dynamics simulations for the surfactant molecules embedded in the micelles with absorption spectroscopy measurements of micellar solutions to uncover the reasons responsible for the reaction slowdown. Our simulations reveal a decrease of isomerization quantum yields for molecules inside the micelles. We also observe a reduction of extinction coefficients upon micellization. These findings explain the deceleration of the trans -> cis switching in micelles of the azobenzene-containing surfactants. KW - azobenzene KW - micelles KW - photoswitches KW - rate constants KW - surfactants KW - surface hopping Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1002/cptc.202100103 SN - 2367-0932 VL - 5 IS - 10 SP - 926 EP - 932 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Knie, Christopher A1 - Utecht, Manuel Martin A1 - Zhao, Fangli A1 - Kulla, Hannes A1 - Kovalenko, Sergey A1 - Brouwer, Albert M. A1 - Saalfrank, Peter A1 - Hecht, Stefan A1 - Bleger, David T1 - ortho-Fluoroazobenzenes: visible light switches with very long-lived Z isomers JF - Chemistry - a European journal N2 - Improving the photochemical properties of molecular photoswitches is crucial for the development of light-responsive systems in materials and life sciences. ortho-Fluoroazobenzenes are a new class of rationally designed photochromic azo compounds with optimized properties, such as the ability to isomerize with visible light only, high photoconversions, and unprecedented robust bistable character. Introducing sigma-electron-withdrawing F atoms ortho to the N=N unit leads to both an effective separation of the n -> pi* bands of the E and Z isomers, thus offering the possibility of using these two transitions for selectively inducing E/Z iso-merizations, and greatly enhanced thermal stability of the Z isomers. Additional para-electron-withdrawing groups (EWGs) work in concert with ortho-F atoms, giving rise to enhanced separation of the n -> pi* transitions. A comprehensive study of the effect of substitution on the key photochemical properties of ortho-fluoroazobenzenes is reported herein. In particular, the position, number, and nature of the EWGs have been varied, and the visible light photoconversions, quantum yields of isomerization, and thermal stabilities have been measured and rationalized by DFT calculations. KW - azobenzenes KW - photochromism KW - photoswitches KW - substituent effects KW - visible light Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.1002/chem.201404649 SN - 0947-6539 SN - 1521-3765 VL - 20 IS - 50 SP - 16492 EP - 16501 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - THES A1 - Georgiev, Vasil T1 - Light-induced transformations in biomembranes T1 - Lichtinduzierte Transformationen in Biomembranen N2 - Cellular membranes constantly experience remodeling, as exemplified by morphological changes during endo- and exocytosis. Regulation of membrane morphology is essential for these processes. In this work, we attempt to establish a regulation path based on the use of photoswitches exhibiting conformational changes in model membranes, namely, giant unilamellar vesicles (GUVs). The mechanism of the changes in the GUVs’ morphology caused by isomerization of the photosensitive molecules has been previously explored but still remains elusive. We examine the morphological reshaping of GUVs in the presence of the photoswitch o-tetrafluoroazobenzene (F-azo) and show that the mechanism behind the resulting morphological changes involves both an increase in the membrane area and generation of a positive spontaneous curvature. First, we characterize the partitioning of F-azo in a single-component membrane using both experimental and computational approaches. The partition coefficient calculated from molecular dynamic simulations agrees with experimental data obtained with size-exclusion chromatography. Then, we implement the approach of vesicle electrodeformation in order to assess the increase in the membrane area, which is observed as a result of the conformational change of F-azo. Finally, the local and the effective membrane spontaneous curvatures were estimated from the observed shapes of vesicles exhibiting outward budding. We then extend the application of the F-azo to multicomponent lipid membranes, which exhibit a coexistence of domains in different liquid phases due to a miscibility gap between the lipids. We perform initial experiments to investigate whether F-azo can be employed to modulate the lateral lipid packing and organization. We observe either complete mixing of the domains or the appearing of disordered domains within the domains of more ordered phase. The type of behavior observed in response to the photoisomerization of F-azo was dependent on the used lipid composition. We believe that the findings introduced here will have an impact in understanding and controlling both lipid phase modulation and regulation of the membrane morphology in membrane systems. N2 - Zelluläre Membranen durchlaufen ständige Formveränderungen wie zum Beispiel bei der Endo- und Exozytose. Für diese und andere Prozesse ist eine Regulierung der Membranmorphologie notwendig. In der vorliegenden Arbeit wurden riesen unilamellare Vesikel (giant unilamellar vesicles, GUVs) als Modelmembranen genutzt. Änderungen der Vesikelform wurde durch lichtschaltbare Moleküle (Fotoschalter) erzielt. Dass die Isomerisierung von lichtempfindlichen Molekülen eine Verformung von GUV ermöglichen kann, war bekannt. Jedoch war der zugrunde liegende Mechanismus unklar. In dieser Arbeit wurde zur Untersuchung dieses Mechanismus o-Tetrafluoroazobenzol (F-azo) als Fotoschalter verwendet. Damit konnte gezeigt werden, dass sowohl eine Vergrößerung der Membranfläche als auch das Entstehen einer positiven, spontanen Membrankrümmung den morphologischen Veränderungen zu Grunde liegen. Durch experimentelle und computergestützte Methoden konnte zunächst die Verteilung von F-azo in Membranen, die aus nur einer Komponente bestehen, quantifiziert werden. Der Verteilungskoeffizient aus molekular-dynamik Simulationen stimmte dabei mit den experimentellen Daten aus der Größenausschluss-Chromatographie überein. Im Anschluss bestimmten wir die Änderung der Membranfläche mit Hilfe von GUV-Verformung durch elektrische Felder, und konnten die Veränderung der lokalen und effektiven spontanen Membrankrümmung durch Beobachtung der Vesikelformen abschätzen. Um herauszufinden ob F-azo die laterale Verdichtung und Organisation von Membranlipiden moduliert, weitteten wir die Experimente auf mehr-komponenten Membranen aus. Diese sind durch die Koexistenz von Domänen zweier flüssiger Lipid-Phasen gekennzeichnet. Wir konnten sowohl das Auftreten von Domänen ungeordneter Lipidphasen in geordneten Lipidphasen beobachten, als auch die Entstehung homogener GUVs durch komplette Mischung beider Lipidphasen. Wir konnten zeigen, dass die unterschiedliche Beeinflussung der Domänen durch die Licht-induzierte Isomerisierung von F-azo dabei von der Zusammensetzung der Membranen abhängig ist. Mit den hier beschriebenen Ergebnissen legen wir einen Grundstein, für die lichtinduzierte Kontrolle über Membranenmorphologien sowie für die Foto-Modulation von Lipidphasen. KW - giant unilamellar vesicles KW - morphological changes KW - light KW - photoswitches KW - riesen unilamellare Vesikel KW - morphologischen Veränderungen KW - Licht KW - Fotoschalter Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-395309 ER -