Azo jedinjenja su klasa organskih molekula koje karakterizira azo grupa (-N=N-). Njihova jedinstvena svojstva fotoizomerizacije čine ih vrijednim u materijalima-kontrolisanim svjetlom, bioimadžingu i senzorima. Osnovni princip rada ovih jedinjenja proizlazi iz reverzibilnog procesa cis-trans izomerizacije koji je vođen sinergističkim efektom elektronskih efekata i sterične smetnje supstituenata na oba kraja azo grupe.
U osnovnom stanju, azo jedinjenja tipično postoje u termodinamički stabilnoj trans strukturi: dva aromatična prstena ili alkil lanca su linearno raspoređena, a konjugovani sistem se širi, uzrokujući da molekul apsorbuje specifične talasne dužine vidljive ili blizu-ultraljubičaste svetlosti. Kada su pobuđeni fotonima koji se podudaraju sa energijom-, elektroni skaču sa veznih π orbitala na antivezujuće π* orbitale, pokrećući rekonfiguraciju unutarmolekularne raspodjele naboja i slabeći karakteristike π-veze N=N dvostruke veze. U ovom trenutku, barijera rotacije jedne-veze se smanjuje i molekul se može transformirati u cis strukturu kroz rotaciju oko N=N ose-dva aromatična prstena formiraju savijenu konformaciju zbog steričkog odbijanja, a oslabljena konjugacija rezultira plavim pomakom u apsorpciji apsorpcije. Ovaj proces fotoizomerizacije je veoma reverzibilan: pod termalnom relaksacijom ili zračenjem drugom talasnom dužinom svjetlosti (kao što je vidljiva svjetlost), molekul se može vratiti u trans stanje, završavajući ciklus "foto-prekidanja".
Funkcionalnost azo spojeva ovisi o promjenama makroskopskih svojstava uzrokovanih konformacijskim promjenama. Na primjer, razlika između planarnosti trans strukture i ne-planarnosti cis strukture utiče na intermolekularni uzorak slaganja, čime se mijenja indeks prelamanja, temperatura faznog prijelaza tekućih kristala ili površinska kvašenje materijala. Ako je molekul vezan za polimernu kičmu, njegova konformaciona inverzija može izazvati kretanje segmenta lanca, omogućavajući dinamičku kontrolu mehaničkih svojstava materijala. U biološkim sistemima, reverzibilna izomerizacija azo grupe može pokrenuti oslobađanje molekula lijeka ili promjenu proteinskih konformacija, pružajući mogućnosti za preciznu medicinu.
Važno je napomenuti da elektronski efekti supstituenata (kao što su grupe koje doniraju elektron- koje povećavaju polaritet N=N veza) i sterične smetnje (kao što su velike grupe koje ograničavaju stabilnost cis konformacije) značajno utiču na efikasnost izomerizacije i brzinu fotoodgovora. Optimizacijom ovih parametara kroz molekularni dizajn, fotosenzitivna svojstva azo jedinjenja mogu se prilagoditi, proširujući njihove scenarije primjene u inteligentnim sistemima fotoodgovora. Njegova suština je pretvaranje svjetlosne energije u informacije o molekularnoj konformaciji koje se može kontrolirati kontroliranjem rotacijskih stupnjeva slobode unutar molekula kroz kvantnu kontrolu svjetlosti i na kraju postići inteligentni odgovor na vanjske stimuluse.
