Οι αζω ενώσεις είναι μια κατηγορία οργανικών μορίων που χαρακτηρίζονται από την αζοομάδα (-N=N-). Οι μοναδικές τους ιδιότητες φωτοϊσομερισμού τους καθιστούν πολύτιμους σε ελεγχόμενα από το φως υλικά, βιοαπεικόνιση και αίσθηση. Η βασική αρχή λειτουργίας αυτών των ενώσεων πηγάζει από την αναστρέψιμη διεργασία ισομερισμού cis-trans που καθοδηγείται από τη συνεργιστική επίδραση των ηλεκτρονικών επιδράσεων και τη στερεοχημική παρεμπόδιση των υποκαταστατών και στα δύο άκρα της αζωομάδας.
Στη θεμελιώδη κατάσταση, οι αζω ενώσεις συνήθως υπάρχουν σε μια θερμοδυναμικά σταθερή δομή trans: δύο αρωματικοί δακτύλιοι ή αλυσίδες αλκυλίου είναι γραμμικά διατεταγμένοι και το συζευγμένο σύστημα εκτείνεται, αναγκάζοντας το μόριο να απορροφά συγκεκριμένα μήκη κύματος ορατού ή σχεδόν-υπεριώδους φωτός. Όταν διεγείρονται από ενεργειακά-ταιριασμένα φωτόνια, τα ηλεκτρόνια μεταπηδούν από τα δεσμευτικά τροχιακά π στα αντιδεσμικά τροχιακά π*, πυροδοτώντας μια αναδιαμόρφωση της ενδομοριακής κατανομής φορτίου και αποδυναμώνοντας τα χαρακτηριστικά π-δεσμού του διπλού δεσμού N=N. Σε αυτό το σημείο, το φράγμα περιστροφής του απλού-δεσμού μειώνεται και το μόριο μπορεί να μετατραπεί σε δομή cis μέσω περιστροφής γύρω από τον άξονα N=N-οι δύο αρωματικοί δακτύλιοι σχηματίζουν μια λυγισμένη διαμόρφωση λόγω στερεοχημικής απώθησης και η εξασθενημένη σύζευξη έχει ως αποτέλεσμα μια μετατόπιση μπλε απορρόφησης. Αυτή η διαδικασία φωτοϊσομερισμού είναι εξαιρετικά αναστρέψιμη: υπό θερμική χαλάρωση ή ακτινοβολία με άλλο μήκος κύματος φωτός (όπως το ορατό φως), το μόριο μπορεί να επιστρέψει στην τρανς κατάσταση, ολοκληρώνοντας έναν κύκλο "φωτογραφίας{10}}διακόπτης".
Η λειτουργικότητα των αζω ενώσεων εξαρτάται από αλλαγές στις μακροσκοπικές ιδιότητες που προκαλούνται από αλλαγές διαμόρφωσης. Για παράδειγμα, η διαφορά μεταξύ της επιπεδότητας της δομής trans και της μη-επιπεδότητας της δομής cis επηρεάζει το μοτίβο διαμοριακής στοίβαξης, μεταβάλλοντας έτσι τον δείκτη διάθλασης, τη θερμοκρασία μετάπτωσης φάσης υγρών κρυστάλλων ή τη διαβρεξιμότητα της επιφάνειας του υλικού. Εάν το μόριο είναι συνδεδεμένο με τη ραχοκοκαλιά του πολυμερούς, η διαμορφωτική του αναστροφή μπορεί να προκαλέσει κίνηση του τμήματος της αλυσίδας, επιτρέποντας δυναμικό έλεγχο των μηχανικών ιδιοτήτων του υλικού. Στα βιολογικά συστήματα, ο αναστρέψιμος ισομερισμός της αζοομάδας μπορεί να προκαλέσει την απελευθέρωση μορίων φαρμάκου ή την αλλαγή των πρωτεϊνικών διαμορφώσεων, παρέχοντας δυνατότητες για ιατρική ακριβείας.
Αξίζει να σημειωθεί ότι τα ηλεκτρονικά αποτελέσματα των υποκαταστατών (όπως οι ομάδες που δίνουν ηλεκτρόνια- που ενισχύουν την πολικότητα των δεσμών N=N) και η στερεοχημική παρεμπόδιση (όπως μεγάλες ομάδες που περιορίζουν τη σταθερότητα της διαμόρφωσης cis) επηρεάζουν σημαντικά την απόδοση ισομερισμού και το ρυθμό φωτοαπόκρισης. Με τη βελτιστοποίηση αυτών των παραμέτρων μέσω του μοριακού σχεδιασμού, οι φωτοευαίσθητες ιδιότητες των αζω ενώσεων μπορούν να προσαρμοστούν, επεκτείνοντας τα σενάρια εφαρμογής τους σε ευφυή συστήματα φωτοαπόκρισης. Η ουσία του είναι να μετατρέπει την φωτεινή ενέργεια σε ελεγχόμενες πληροφορίες μοριακής διαμόρφωσης ελέγχοντας τους περιστροφικούς βαθμούς ελευθερίας μέσα στα μόρια μέσω του ελαφρού κβαντικού ελέγχου και τελικά να επιτυγχάνει έξυπνη απόκριση σε εξωτερικά ερεθίσματα.
