Efficient molecular switching in confined spaces is critical for the successful development of artificial molecular machines. However, molecular switching events often entail large structural changes and therefore require conformational freedom, which is typically limited under confinement conditions. Here, we investigated the behavior of azobenzene—the key building block of light-controlled molecular machines—in a confined environment that is flexible and can adapt its shape to that of the bound guest. To this end, we encapsulated several structurally diverse azobenzenes within the cavity of a flexible, water-soluble coordination cage, and investigated their light-responsive behavior. Using UV/Vis absorption spectroscopy and a combination of NMR methods, we showed that each of the encapsulated azobenzenes exhibited distinct switching properties. An azobenzene forming a 1:1 host–guest inclusion complex could be efficiently photoisomerized in a reversible fashion. In contrast, successful switching in inclusion complexes incorporating two azobenzene guests was dependent on the availability of free cages in the system, and it involved reversible trafficking of azobenzene between the cages. In the absence of extra cages, photoswitching was either suppressed or it involved expulsion of azobenzene from the cage and consequently its precipitation from the solution. This finding was utilized to develop an information storage medium in which messages could be written and erased in a reversible fashion using light.

在密闭空间中进行有效的分子转换对于成功开发人工分子机器至关重要。然而，分子转换事件通常需要大的结构变化，因此需要构象自由，这通常在限制条件下受到限制。在这里，我们研究了在受限的环境中，偶氮苯（光控分子机器的关键组成部分）的行为，该环境灵活且可以使其形状适应所结合的客体的形状。为此，我们在柔性，水溶性配位笼的腔体内封装了几种结构多样的偶氮苯，并研究了它们的光响应行为。使用UV / Vis吸收光谱法和NMR方法的组合，我们表明每个封装的偶氮苯均表现出独特的开关性能。形成1：1宿主-客体包含物的偶氮苯可以以可逆的方式有效地光异构化。相反，能否成功转换包含两个偶氮苯客体的包合物，取决于系统中自由笼的可用性，并且涉及笼之间可逆的偶氮苯运输。在没有额外的笼子的情况下，光转换被抑制或者涉及从笼子中驱出偶氮苯，因此其从溶液中沉淀出来。利用该发现来开发信息存储介质，其中可以使用光以可逆的方式写入和删除消息。成功地转换包含两个偶氮苯客体的包合物，取决于系统中自由笼的可用性，并且涉及笼之间可逆的偶氮苯运输。在没有额外的笼子的情况下，光转换被抑制或者涉及从笼子中驱出偶氮苯，因此其从溶液中沉淀出来。利用该发现来开发信息存储介质，其中可以使用光以可逆的方式写入和删除消息。成功地转换包含两个偶氮苯客体的包合物，取决于系统中自由笼的可用性，并且涉及笼之间可逆的偶氮苯运输。在没有额外的笼子的情况下，光转换被抑制或者涉及从笼子中驱出偶氮苯，因此其从溶液中沉淀出来。利用该发现来开发信息存储介质，其中可以使用光以可逆的方式写入和删除消息。光开关被抑制，或者涉及从笼中排出偶氮苯，因此其从溶液中沉淀出来。利用该发现来开发信息存储介质，其中可以使用光以可逆的方式写入和删除消息。光开关被抑制，或者涉及从笼中排出偶氮苯，因此其从溶液中沉淀出来。利用该发现来开发信息存储介质，其中可以使用光以可逆的方式写入和删除消息。