Molecular Switches
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M
P P M
M
M M
M M
P
P
P M
P
P
Si O O O N |
N |
O O O |
O O O O Si |
H |
H |
|
|
+
26
+
+
N

N
2PF6–
N

N
15•2PF6
Br
1) MeCN / 25°C / 7 d
+
2) NH4PF6 / H2O
Br
16
+ 
N 

+
N
Si O O O N |
|
N O O O |
O O O O Si |
H |
|
H |
|
– |
N |
N |
27•4PF6 |
4PF6 |
+ |
+ |
P
P
+ |
+ |
N |
N |
Si O O O N |
N O O O |
O O O O Si |
|
|
|
H |
H |
|
|
|
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N |
N |
1 |
27 |
4+ |
|
|
|
||||
+ |
+ |
Protonation |
|
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+ |
+ |
CF3CO2H |
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N |
N |
|
|
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|
MeCN / 25°C |
|
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|
+ |
+ |
O O O O Si |
|
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|
Si O O O N |
N O O O |
|
|
||
H2 |
H2 |
|
|
|
|
N |
N |
|
[27•2H] |
6+ |
|
+ |
+ |
|
|
||
|
2 Shuttling |
+ |
+ |
|
N |
N |
|
|
+ |
+ |
O O O |
Si O O O N |
N O O O |
||
|
H2 |
H2 |
|
3 |
Deprotonation |
N |
N |
+ |
+ |
||
4
Shuttling
O Si |
[27•2H]6+
C5H5N |
+ |
+ |
|
N |
N |
Si O O O N |
N |
O O O |
|
O O O O Si |
|
H |
H |
|
|
|
|
|
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N |
N |
27 |
4+ |
|
|
+ |
+ |
|
|
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||||
|
+ |
+ |
|
|
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N |
N |
|
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Si O O O N |
|
N O O O |
|
O O O O Si |
|
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H |
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H |
|
|
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|
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N |
N |
1 |
|
27 |
4+ |
|
|
|
||||
|
+ |
+ |
Oxidation |
|
||
|
|
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|
|
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|
+ |
+ |
0.1 M Bu4NPF6 |
|
|
|
|
N |
N |
|
|
||
|
MeCN / 25°C |
|
|
|||
|
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|
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+ |
• |
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Si O O O N |
|
N O O O |
|
O O O O Si |
|
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H |
|
H |
|
|
|
|
|
N |
N |
|
|
27 |
5+ |
|
+ |
+ |
|
|
|
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|
2 |
+ |
+ |
|
|
|
Shuttling |
N |
N |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
+ |
• |
|
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|
Si O O O N |
|
N O O O |
|
O O O O Si |
|
|
H |
|
H |
|
|
|
|
|
3 |
N |
N |
|
27 |
5+ |
|
+ |
+ |
|
|
||
Reduction |
+ |
+ |
|
|
|
|
|
|
N |
N |
|
|
|
Si O O O N |
|
N O O O |
|
O O O O Si |
|
|
H |
|
H |
|
|
|
|
|
|
N |
N |
|
274+ |
|
|
|
+ |
+ |
|
|
|
4
Shuttling
O O O |
O O O |
O O O |
O O O |
3 |
3 |
3 |
3 |
|
28 |
|
|
+
+
+
N |
N |
Br |
2PF6– |
|
+ |
N |
N |
Br |
15•2PF6 |
|
16 |
+
1)DMF / 12 kbar / 20°C / 2 d
2)NH4PF6 / H2O
+
N 
N
O O O |
O O O |
O O O |
O O O |
3 |
3 |
3 |
3 |
29•4PF6 |
+ N |
N + |
4PF6– |
|
|
P
P
P
M
P P P P
|
+ |
N |
|
+ |
|
|
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|
|
|
N |
|
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|
O O O |
O O O |
|
|
O O O |
O O O |
||
3 |
3 |
|
|
|
3 |
|
3 |
294+ |
+ |
N |
|
N |
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
0.05 M Et4NPF6 |
|
1 |
Oxidation |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
+ |
|
|
MeCN / 25°C |
|
+ |
N |
|
|
|
|
|
|
|
|
N |
|
|
|
|
O O O |
O O O |
|
+ |
O |
O O |
O O O |
|
|
• |
||||||
3 |
3 |
|
|
3 |
|
3 |
|
|
|
|
|
||||
294+ |
+ N |
|
N+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
2 |
Shuttling |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
N |
+ |
|
|
|
|
|
|
N |
|
O O O |
O O O |
|
+ |
O |
O O |
O O O |
|
|
• |
||||||
3 |
3 |
|
|
3 |
3 |
||
|
|
|
|||||
295+ |
|
|
|
|
+ N |
N+ |
|
|
|
|
|
|
|||
+
N
|
|
H2 |
|
|
+ |
|
|
|
N |
|
|
N |
|
|
|
+ |
|
|
|
|
2PF |
– |
a |
[30•H]•2PF |
6 |
b [31•H]•2PF |
6 |
|
6 |
|
|
|
||
Br
32
+
O O
O O
O O
O O
33
1) CHCl3 / 60°C / 4 d


2) NH4PF6 / H2O a b
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O H2O |
|
N |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
O N |
O |
|
|
|
|
|
N |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
O + O |
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
O |
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3PF6– |
|
a |
[34•H]•2PF6 |
|
b [35•H]•2PF6 |
|
|
|
|
|||
P P P P |
||||||||||||
a |
[34•H]3+ |
O |
|
O |
+ |
|
|
|
|
|
||
|
|
H2 |
N |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
b |
[35•H]3+ |
O |
O |
|
|
|
|
|
|
|||
N |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
O + |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
O |
|
|
|
N |
|
|
|
|
||
|
|
O |
|
O |
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
Deprotonation |
4 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
i-Pr2NEt / Me2CO / 25°C |
|
|
Shuttling |
|
a |
342+ |
O |
|
O |
+ |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
H |
|
|
|
N |
|
|
|
|
|
b |
352+ |
O |
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
O |
|
O |
|
|
|
N |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
O |
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
Shuttling |
O |
O |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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||
a |
342+ |
|
|
|
|
|
O+ |
O |
|
|
|
|
b |
352+ |
|
H |
|
|
|
ON |
O |
|
|
|
|
|
N |
|
|
|
O |
O |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
N |
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
+ |
|
|
|
a |
|
|
Protonation |
|
|
|
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|
|||
|
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|
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|
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|||
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|
CF3CO2H |
|
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|
b |
|||
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|
|
O |
O |
|
|
|
|
a |
[34•H]3+ |
|
|
|
|
|
O+ |
O |
|
|
|
|
b |
[35•H]3+ |
|
H2 |
|
|
|
ON |
O |
|
|
|
|
|
N |
|
|
|
O |
O |
|
|
|
|
||
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N
+
P P
P P P P
M
M
P P
P
P
|
2ClO4– |
|
O |
|
N |
N |
|
O |
+ |
|
|
|
+ |
|
||||||
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
(CH2)2 |
|
|
|
|
|
(CH2)2 N |
|
N |
|
||||||||||
N |
N |
|
36•2ClO4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OH |
|
|
|
|
||
1) H2O / 25°C / 2 d |
|
|
|
NO2 |
|
|
|
|
HO |
|
O |
|
|
|
|
|||||
|
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|||||||||
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|
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|
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|||||||||
|
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|
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HO O |
|
|
|
|
||||||||
O2N |
|
|
F |
|
|
|
|
|
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|
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|
38 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
2) NaClO4 / H2O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|||||
|
|
|
37 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
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|
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|
|
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|
||
|
O2N |
|
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|
N |
O |
|
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NO2 |
|||
|
|
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|
|||||||
|
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|
O |
N |
|
+ |
|
+ |
|
||||||||
|
+ |
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(CH2)2 N |
|
|
N |
NO2 |
|||||
O2N |
N |
|
N |
|
|
(CH2)2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
4ClO4– |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
39•4ClO4 |
|
P
O2N+ |
O2N 

N
+ |
O |
N |
N |
O |
+ |
|
(CH2)2 |
||||
(CH2)2 |
|
|
N |
||
N |
|
|
|||
|
|
|
|
+NO2 |
N


NO2
1
Irradiation
H2O / 5°C
λ = 360 nm / 20 min
O2N |
N+ |
|
N |
O2N |
+ |
N |
N |
O |
O |
(CH2)2 |
(CH2)2 |
394+
+ N |
NO2 |
N |
|
+ |
NO2 |
2 |
|
Shuttling |
|
O2N |
N+ |
|
N |
O2N |
+ |
N |
N |
O |
O |
(CH2)2 |
(CH2)2 |
3
Irradiation
λ = 430 nm / 20 min
394+
4
Shuttling
+N |
NO2 |
N |
|
+ |
NO2 |
394+
O2N+
O2N 

N
|
O |
N |
N |
O |
+ |
N |
(CH2)2 |
|
|
(CH2)2 |
N |
+ |
|
|
|
|
394+ |
|
|
|
|
|
+NO2 |
N


NO2
M M
M
P
P
P
P
P
P
P
O |
O |
O |
|
|
Inputs |
Outputs |
|
+ |
|
|
|||||
O |
|
O |
+ |
|
|
|
|
|
H |
+ |
|
Acid |
Base |
Emission |
|
|
N |
N |
|||||
O |
|
O |
|
+ |
Addition |
Addition at 343 nm |
|
O |
|
O |
|
412+ |
NO |
NO |
NO |
[40•H]+ |
O |
|
|
||||
|
|
|
|
|
YES |
NO |
YES |
2A |
|
Acid |
Base |
3A |
NO |
YES |
YES |
|
CF3SO3H |
n-Bu3N |
YES |
YES |
NO |
||
|
|
1 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
Complexation |
O |
|
|
O |
|
O |
|
MeCN / 25°C |
|
O |
O |
O |
|
O |
+ |
|
|
O+ |
O |
|
|
+ |
N |
N |
|
N |
N |
O |
|
O |
|
+ |
|
O |
+O |
O |
|
O |
|
412+ |
|
O |
O |
40 |
O |
|
|
|
O |
[40•41]2+ |
|
3B |
|
Acid |
Base |
2B |
|
|
|
|
CF3SO3H |
n-Bu3N |
|
|
|
||
|
|
|
n-Bu3N |
|
|
|
|
O |
O |
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
O |
|
O |
+ |
|
|
Charge-Transfer |
|
|
|
+ |
N |
|
|||
|
|
N |
|
|
|
||
O |
|
O |
|
+ |
|
|
|
O |
|
O |
|
[40•2n-Bu3N]2+ |
|
Interactions |
|
40 |
O |
|
n-Bu3N |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
P
P P
M
M
M
P
P P
42+ |
|
|
|
|
434+ |
|
|
|
|
[42•43]5+ |
O |
OH |
|
HO |
+ |
+ |
|
O |
OH |
HO |
|
O |
|
|
O |
|
+ |
+ |
O |
|||
|
|
N |
N |
3A |
O |
N |
N |
|||
O |
|
|
|
O |
|
O |
|
|
O |
|
|
|
|
|
Decomplexation |
|
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||||
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|
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|
|
|
|
|
|||
O |
S |
S |
O |
+ |
|
O |
S |
S |
O |
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|||||||||
• |
+ |
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|
|
• |
+ |
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|||
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|
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|
|
|||||
|
S |
S |
O |
|
|
|
|
S |
S |
O |
|
|
|
|
N |
N |
|
|
N |
N |
|
|
|
|
|
+ |
+ |
|
+ |
+ |
|
|
|
|
|
|
4A |
|
|
|
|
|
Reduction |
|
|
|
42 |
|
OH |
|
HO |
|
434+ |
|
O |
|
|
|
||
|
|
|
|
+ |
+ |
|
O |
|
|
|
O |
||
|
|
|
N |
N |
||
O |
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
S |
S |
O |
+ |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
S |
S |
O |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
N |
N |
|
|
|
|
|
+ |
+ |
|
|
|
|
4B |
|
|
|
|
|
Oxidation |
|
|
|
42 |
|
OH |
|
HO |
|
432+ |
|
O |
|
|
|
||
|
|
|
|
• |
+ |
|
O |
|
|
|
O |
||
|
|
|
N |
N |
||
O |
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
S |
S |
O |
+ |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
S |
S |
O |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
N |
N |
• |
+ |
2A
Oxidation
1
Complexation
0.05 M Et4NPF6
MeCN / 25°C
O |
OH |
+ |
|
O |
N |
O |
|
O |
S |
|
|
|
S |
N

+
Inputs Outputs
[42•43]4+
|
HO |
|
|
+ |
O |
|
N |
|
|
|
|
|
|
O |
S |
|
O |
S |
O |
|
N
+

Oxidation |
Reduction |
Absorption |
|
|
|
|
|
|
|
|
at 850 nm |
|
|
|
2B |
|
|
NO |
NO |
YES |
|
|
|
|
|
|
|
|
Reduction |
||||||
NO |
YES |
NO |
|
|
||||
YES |
NO |
NO |
|
|
|
|
|
[42•43]2+ |
YES |
YES |
YES |
|
|
|
|
|
|
|
|
OH |
|
HO |
|
|||
|
|
|
|
O |
|
|
||
|
|
|
|
|
+ |
|
||
|
|
|
O |
• |
|
O |
||
|
3B |
|
N |
|
N |
|
||
|
|
O |
|
|
|
|
O |
|
|
Decomplexation |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|||
|
O |
|
S |
S |
|
O |
||
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S |
S |
O |
|
N 
N
• |
+ |
P







N




O




O 



N O
+



O N

O


+
N
