Els compostos azo són una classe de molècules orgàniques caracteritzades pel grup azo (-N=N-). Les seves propietats úniques de fotoisomerització els fan valuosos en materials controlats-la llum, bioimatge i detecció. El principi de funcionament bàsic d'aquests compostos prové del procés reversible d'isomerització cis-trans impulsat per l'efecte sinèrgic dels efectes electrònics i l'obstacle estèric dels substituents als dos extrems del grup azo.
En l'estat fonamental, els compostos azoïcs solen existir en una estructura trans termodinàmicament estable: dos anells aromàtics o cadenes d'alquils estan disposats de manera lineal i el sistema conjugat s'estén, fent que la molècula absorbeixi longituds d'ona específiques de llum visible o propera{0}}ultraviolada. Quan s'excita per fotons igualats d'energia-, els electrons salten dels orbitals π d'enllaç als orbitals π* antienllaç, provocant una reconfiguració de la distribució de càrrega intramolecular i debilitant les característiques de l'enllaç π{- del doble enllaç N{=N. En aquest punt, la barrera de rotació d'un enllaç-únic disminueix i la molècula es pot transformar en una estructura cis mitjançant la rotació al voltant de l'eix N=N-els dos anells aromàtics formen una conformació doblegada a causa de la repulsió estèrica, i la conjugació debilitada provoca un desplaçament blau en l'espectre d'absorció. Aquest procés de fotoisomerització és altament reversible: sota la relaxació tèrmica o la irradiació amb una altra longitud d'ona de llum (com la llum visible), la molècula pot tornar a l'estat trans, completant un cicle de "foto-interruptor".
La funcionalitat dels compostos azoics depèn dels canvis en les propietats macroscòpiques causats pels canvis conformacionals. Per exemple, la diferència entre la planaritat de l'estructura trans i la no -planaritat de l'estructura cis afecta el patró d'apilament intermolecular, alterant així l'índex de refracció, la temperatura de transició de fase de cristall líquid o la humectabilitat superficial del material. Si la molècula s'uneix a la columna vertebral del polímer, la seva inversió conformacional pot induir el moviment del segment de la cadena, permetent el control dinàmic de les propietats mecàniques del material. En els sistemes biològics, la isomerització reversible del grup azo pot desencadenar l'alliberament de molècules de fàrmacs o el canvi de conformacions de proteïnes, proporcionant possibilitats per a la medicina de precisió.
Cal destacar que els efectes electrònics dels substituents (com ara els grups donadors d'electrons que milloren la polaritat dels enllaços N=N) i l'obstacle estèric (com els grans grups que restringeixen l'estabilitat de la conformació cis) afecten significativament l'eficiència de la isomerització i la taxa de fotoresposta. Mitjançant l'optimització d'aquests paràmetres mitjançant el disseny molecular, les propietats fotosensibles dels compostos azoïcs es poden personalitzar, ampliant els seus escenaris d'aplicació en sistemes de fotoresposta intel·ligents. La seva essència és convertir l'energia lumínica en informació de conformació molecular controlable controlant els graus de llibertat rotacionals dins de les molècules mitjançant el control quàntic de la llum i, finalment, aconseguir una resposta intel·ligent als estímuls externs.
