L’azobenzene è un azocomposto arilico costituito da due anelli fenilici uniti da un doppio legame -N=N-, la cui formula chimica è C12H10N2. Questo termine, tuttavia, viene comunemente utilizzato per descrivere una vasta gamma di molecole che contengono strutture centrali di azobenzene e varie funzioni attaccate ai loro anelli fenilici.
Questi composti azobenzene, noti anche come diazeni, trovano ampio utilizzo come coloranti in diverse industrie. Fu scoperto per la prima volta nel 1834 dal chimico tedesco Eilhard Mitscherlich, nonostante la sua prima sintesi risalga al 1856. Tra i derivati dell’azobenzene figura il metilarancio, utilizzato come indicatore nelle titolazioni acido-base.
Isomeria dell’azobenzene
Una caratteristica peculiare dell’azobenzene e dei suoi derivati è la fotoisomerizzazione, ovvero l’abilità di assumere due conformazioni differenti, trans (E) e cis (Z), grazie all’irradiazione con luce UV o attraverso attivazione termica.
I due isomeri, cis e trans, possono essere convertiti uno nell’altro in modo reversibile, applicando luce di specifica lunghezza d’onda. Questa caratteristica fotochimica rende questi composti ideali per diverse applicazioni, come ad esempio nello sviluppo di sensori.
Due sono i meccanismi principali per cui può avvenire l’isomerizzazione: rotazione e inversione. Questi processi comportano specifiche modifiche degli angoli e degli ibridi di legame nell’azobenzene. I due isomeri hanno poi diversa assorbanza.
Le capacità di isomerizzazione dell’azobenzene vengono utilizzate per manipolare in modo reversibile le proprietà chimiche, meccaniche e/o elettro-ottiche di vari materiali. Questo comporta una vasta gamma di applicazioni, tra cui l’uso nei dispositivi di memoria, negli interruttori ottici e nelle guide d’onda ottiche.
Sintesi
L’azobenzene viene prevalentemente prodotto attraverso la reazione di Mills, che coinvolge la diazotazione di un’ammina aromatica primaria seguita da una copulazione con un derivato aromatico odi o ammino sostituito o un composto enolizzabile.
Pur tuttavia, i metodi convenzionali presentano diversi svantaggi, come la necessità di utilizzare ossidanti forti e tossici e condizioni di reazione severe. Invece, recentemente, si sono sviluppate nuove ricerche che sfruttano microreattori a flusso continuo, i quali secondo loro presentano numerosi vantaggi rispetto ai metodi tradizionali.
Inoltre, sono stati sviluppati nuovi metodi di sintesi dell’azobenzene che utilizzano catalizzatori eco-compatibili, come l’enzima CotA laccasi, in grado di promuovere l’accoppiamento ossidativo degli aminoderivati aromatici con eccellenti rese.
Applicazioni
Le applicazioni dell’azobenzene e dei suoi derivati sono numerose e riguardano diversi settori, dall’archiviazione dati ai fotocari attuatori. Le sue proprietà di fotoisomerizzazione si traducono, infatti, in modifiche delle proprietà meccaniche dei composti che lo contengono, le quali possono essere manipolate esternamente mediante luce.
Vari parametri strutturali, tra cui la struttura polimerica, il contenuto di gruppi azoici e la loro posizione, il grado di orientamento e la direzione delle unità mesogeniche, i gradi di reticolazione e le dimensioni campione, influenzano le proprietà fotomeccaniche dei polimeri di azobenzene.
Un’altra interessante applicazione potenziale di alcuni azobenzeni riguarda la loro capacità antimicrobica intrinseca. Si sta cercando di sfruttare questa proprietà per sviluppare nuove terapie antibatteriche controllabili tramite fotoisomerizzazione.