Polímeros com grupos azobenzênicos exibindo fotoisomerização reversível trans-cis-trans tem sido usado para armazenamento óptico, chaves ópticas e produção de grades de relevo. A fotoisomerização produzida por luz linearmente polarizada cria uma orientação molecular perpendicular a polarização da luz (hole-burning angular) que induz a birrefringência na amostra. Neste trabalho, medimos a birrefringência foto induzida em filmes de poliestireno dopado com corante vermelho disperso 1 (DR1) em função da temperatura. A amplitude da birrefringência aumenta com a temperatura entre 20 e 180 K, atinge um máximo e diminui a zero próximo da temperatura de transição vítrea do polímero, a qual é da ordem de 373 K. A amplitude da birrefringência é proporcional a concentração de DR1 e também depende da história térmica da amostra. Propõe-se um modelo teórico que leva em conta a mudança de volume livre do polímero com a temperatura, representando um passo além dos modelos conhecidos. Assumimos que as moléculas de DR1 ocupam cavidades do polímero e a função distribuição Gama é usada para descrever a distribuição dos volumes das cavidades, enquanto a função Gaussiana descreve as flutuações térmicas de volume em torno de seu valor médio. A isomerização das moléculas de DR1 só podem ocorrer em cavidades com volume maior que um valor crítico. A comparação entre o modelo e os dados experimentais mostra uma razoável concordância. O modelo prevê corretamente a dependência da birrefringência com o tempo, com a temperatura e com a história térmica da amostra, já que o volume livre do polímero depende dessa história. / Polymers with azobenzene groups exhibiting reversible trans-cis-trans photoisomerization characteristics have been used for optical storage, optical switching and production of surface relief gratings. The photoisomerization produced by a linearly polarized light leads to a molecular orientation perpendicular to the light polarization (angular hole burning), which induces a birefringence on the sample. In this work we report on the photoisomerization of films of polystyrene (PS) doped with disperse red 1 (DR1), performed at various temperatures. The birefringence amplitude rises with temperature from 10 to 270 K, goes through a maximum and decays to zero near the polystyrene transition temperature, which is 370 K. The birefringence amplitude, at a given temperature, is proportional to the DR1 content and also depends on the sample thermal history. We proposed a model that accounts for the change in free volume of the polymer with temperature though representing an improvement to well-known models. We assume that the azobenzene group is inside a local free volume and the Gamma distribution function is used to describe a local free volume distribution in the sample while the Gaussian distribution function gives the thermal free-volume fluctuation. Isomerization of the azobenzene group only occurs if the local free volume is larger than a critical value. Comparison with the experimental data shows that the model explains the temporal evolution, the temperature dependence of the birefringence and how the birefringence is affected by the sample thermal history, as the sample free volume of the polymer depends on such history.

Polímeros com grupos azobenzênicos exibindo fotoisomerização reversível trans-cis-trans tem sido usado para armazenamento óptico, chaves ópticas e produção de grades de relevo. A fotoisomerização produzida por luz linearmente polarizada cria uma orientação molecular perpendicular a polarização da luz (hole-burning angular) que induz a birrefringência na amostra. Neste trabalho, medimos a birrefringência foto induzida em filmes de poliestireno dopado com corante vermelho disperso 1 (DR1) em função da temperatura. A amplitude da birrefringência aumenta com a temperatura entre 20 e 180 K, atinge um máximo e diminui a zero próximo da temperatura de transição vítrea do polímero, a qual é da ordem de 373 K. A amplitude da birrefringência é proporcional a concentração de DR1 e também depende da história térmica da amostra. Propõe-se um modelo teórico que leva em conta a mudança de volume livre do polímero com a temperatura, representando um passo além dos modelos conhecidos. Assumimos que as moléculas de DR1 ocupam cavidades do polímero e a função distribuição Gama é usada para descrever a distribuição dos volumes das cavidades, enquanto a função Gaussiana descreve as flutuações térmicas de volume em torno de seu valor médio. A isomerização das moléculas de DR1 só podem ocorrer em cavidades com volume maior que um valor crítico. A comparação entre o modelo e os dados experimentais mostra uma razoável concordância. O modelo prevê corretamente a dependência da birrefringência com o tempo, com a temperatura e com a história térmica da amostra, já que o volume livre do polímero depende dessa história. / Polymers with azobenzene groups exhibiting reversible trans-cis-trans photoisomerization characteristics have been used for optical storage, optical switching and production of surface relief gratings. The photoisomerization produced by a linearly polarized light leads to a molecular orientation perpendicular to the light polarization (angular hole burning), which induces a birefringence on the sample. In this work we report on the photoisomerization of films of polystyrene (PS) doped with disperse red 1 (DR1), performed at various temperatures. The birefringence amplitude rises with temperature from 10 to 270 K, goes through a maximum and decays to zero near the polystyrene transition temperature, which is 370 K. The birefringence amplitude, at a given temperature, is proportional to the DR1 content and also depends on the sample thermal history. We proposed a model that accounts for the change in free volume of the polymer with temperature though representing an improvement to well-known models. We assume that the azobenzene group is inside a local free volume and the Gamma distribution function is used to describe a local free volume distribution in the sample while the Gaussian distribution function gives the thermal free-volume fluctuation. Isomerization of the azobenzene group only occurs if the local free volume is larger than a critical value. Comparison with the experimental data shows that the model explains the temporal evolution, the temperature dependence of the birefringence and how the birefringence is affected by the sample thermal history, as the sample free volume of the polymer depends on such history.

The cyclic peroxides: diphenoyl peroxide (1), spiro-adamantyl-1,2-dioxetanone (2) and 4-(3-tert-butyldimethylsilyloxyphenyl)-4-methoxyspiro[1.2-dioxetane-3.2\'-adamantane] (3) synthesized, purified and characterized, also their kinetic and chemiluminescence (CL) properties were determined. The influence of solvent polarity on the chemiexcitation parameters of the catalyzed decomposition of 1 and 2, as well as the induced decomposition of 3 were examined in several binary solvent mixtures with different polarity and polarizability parameters, but similar viscosities. For solvents with low polarity, singlet quantum yields for the intermolecular catalyzed decomposition of diphenoyl peroxide (1,) and 1,2-dioxetanone (2) increase in function of medium polarity, showing maximum values in mediums of intermediate polarity, and decreasing in highly polar mixtures. For the induced decomposition of 3, the quantum yield showed to increase with increasing solvent polarity, including high polar solvent systems. In the binary solvent systems studied, the polarizability parameter showed to be contrary to the polarity values, therefore, it might appear that an increase of polarizability leads to a decrease in the singlet quantum yields for catalyzed decomposition of diphenoyl peroxide (1) and the induced decomposition of 3, however an increase in the singlet quantum yields for 1,2-dioxetanone 2. The three CL systems were also studied in binary solvent mixtures with different viscosities but similar polarity and polarizability parameters and singlet quantum yields showed an increase with increasing medium viscosity. Data were analyzed by using the collisional and the free volume models. The highly efficient intramolecular system induced 1,2-dioxetane 3 decomposition showed to be much more sensible to viscosity effects than the inefficient intermolecular systems. This surprising fact indicates that, even showing a significant solvent-cage effect, the induced 1,2-dioxetane should occur by an intramolecular electron back transfer. Moreover, chemiluminescence parameters of these systems were studied in several pure solvents. The obtained singlet quantum yields were correlated with viscosity, polarizability and polarity parameters by using multiple linear regression analysis. / Os peróxidos cíclicos: peróxido de difenoila (1), spiro-adamantil-1,2-dioxetanona (2) e 4-(3-terc-butildimetilsililoxifenil)-4-metoxispiro[1,2-dioxetano-3.2\'-adamantano] (3) foram sintetizados, purificados e caracterizados e as suas propriedades cinéticas e de quimiluminescência (CL) determinadas. A influência da polaridade do solvente sobre os parâmetros de quimi-excitação da decomposição catalisada de 1 e 2, e a decomposição induzida de 3 foi examinada em diversas misturas binárias de solventes com parâmetros de polaridade e polarizabilidade diferente, mas viscosidades semelhantes. Para solventes com baixa polaridade, os rendimentos quânticos singlete para a decomposição catalisada intermolecular do peróxido de difenoila (1) e 1,2-dioxetanona (2) aumentam em função da polaridade do meio, mostrando valores máximos em meios com polaridade intermediária, e diminuim para misturas altamente polares. Para a decomposição induzida de 3, o rendimento quântico mostrou aumentar com o aumento da polaridade do solvente, inclusive para sistemas com alta polaridade. Nos sistemas binários de solventes estudados, os parâmetros de polarizabilidade mostraram-se contrários aos valores de polaridade, portanto, parece que um aumento da polarizability leva a uma diminuição nos rendimentos quânticos singlete para a decomposição catalisada do peróxido de difenoila (1) e a decomposição induzida de 3, no entanto, um aumento nos rendimentos quânticos singlete para a 1,2-dioxetanona 2. Os três sistemas de CL também foram estudados em misturas binárias de solventes com diferentes viscosidades, mas com parâmetros de polaridade e polarizabilidade semelhantes e os rendimentos quânticos singlete mostraram aumentar com o aumento da viscosidade do meio. Os dados foram analisados usando tanto o modelos colisional quando o modelo de volume livre. Surpreendentemente, o sistema altamente eficiente decomposição induzida intramolecular do 1,2-dioxetano 3 mostrou-se muito mais sensível aos efeitos da viscosidade do que os sistemas intermoleculares ineficientes, o que indica claramente que a decomposição induzida do 1,2-dioxetano deve ocorrer por um processo de retro-transferência de elétron intramolecular. Além disso, os parâmetros de quimiluminescência destes sistemas foram estudados em vários solventes puros. Os rendimentos quânticos singlete obtidos foram correlacionados com parâmetros de viscosidade, polarizabilidade e polaridade usando análise de regressão linear múltipla.

The cyclic peroxides: diphenoyl peroxide (1), spiro-adamantyl-1,2-dioxetanone (2) and 4-(3-tert-butyldimethylsilyloxyphenyl)-4-methoxyspiro[1.2-dioxetane-3.2\'-adamantane] (3) synthesized, purified and characterized, also their kinetic and chemiluminescence (CL) properties were determined. The influence of solvent polarity on the chemiexcitation parameters of the catalyzed decomposition of 1 and 2, as well as the induced decomposition of 3 were examined in several binary solvent mixtures with different polarity and polarizability parameters, but similar viscosities. For solvents with low polarity, singlet quantum yields for the intermolecular catalyzed decomposition of diphenoyl peroxide (1,) and 1,2-dioxetanone (2) increase in function of medium polarity, showing maximum values in mediums of intermediate polarity, and decreasing in highly polar mixtures. For the induced decomposition of 3, the quantum yield showed to increase with increasing solvent polarity, including high polar solvent systems. In the binary solvent systems studied, the polarizability parameter showed to be contrary to the polarity values, therefore, it might appear that an increase of polarizability leads to a decrease in the singlet quantum yields for catalyzed decomposition of diphenoyl peroxide (1) and the induced decomposition of 3, however an increase in the singlet quantum yields for 1,2-dioxetanone 2. The three CL systems were also studied in binary solvent mixtures with different viscosities but similar polarity and polarizability parameters and singlet quantum yields showed an increase with increasing medium viscosity. Data were analyzed by using the collisional and the free volume models. The highly efficient intramolecular system induced 1,2-dioxetane 3 decomposition showed to be much more sensible to viscosity effects than the inefficient intermolecular systems. This surprising fact indicates that, even showing a significant solvent-cage effect, the induced 1,2-dioxetane should occur by an intramolecular electron back transfer. Moreover, chemiluminescence parameters of these systems were studied in several pure solvents. The obtained singlet quantum yields were correlated with viscosity, polarizability and polarity parameters by using multiple linear regression analysis. / Os peróxidos cíclicos: peróxido de difenoila (1), spiro-adamantil-1,2-dioxetanona (2) e 4-(3-terc-butildimetilsililoxifenil)-4-metoxispiro[1,2-dioxetano-3.2\'-adamantano] (3) foram sintetizados, purificados e caracterizados e as suas propriedades cinéticas e de quimiluminescência (CL) determinadas. A influência da polaridade do solvente sobre os parâmetros de quimi-excitação da decomposição catalisada de 1 e 2, e a decomposição induzida de 3 foi examinada em diversas misturas binárias de solventes com parâmetros de polaridade e polarizabilidade diferente, mas viscosidades semelhantes. Para solventes com baixa polaridade, os rendimentos quânticos singlete para a decomposição catalisada intermolecular do peróxido de difenoila (1) e 1,2-dioxetanona (2) aumentam em função da polaridade do meio, mostrando valores máximos em meios com polaridade intermediária, e diminuim para misturas altamente polares. Para a decomposição induzida de 3, o rendimento quântico mostrou aumentar com o aumento da polaridade do solvente, inclusive para sistemas com alta polaridade. Nos sistemas binários de solventes estudados, os parâmetros de polarizabilidade mostraram-se contrários aos valores de polaridade, portanto, parece que um aumento da polarizability leva a uma diminuição nos rendimentos quânticos singlete para a decomposição catalisada do peróxido de difenoila (1) e a decomposição induzida de 3, no entanto, um aumento nos rendimentos quânticos singlete para a 1,2-dioxetanona 2. Os três sistemas de CL também foram estudados em misturas binárias de solventes com diferentes viscosidades, mas com parâmetros de polaridade e polarizabilidade semelhantes e os rendimentos quânticos singlete mostraram aumentar com o aumento da viscosidade do meio. Os dados foram analisados usando tanto o modelos colisional quando o modelo de volume livre. Surpreendentemente, o sistema altamente eficiente decomposição induzida intramolecular do 1,2-dioxetano 3 mostrou-se muito mais sensível aos efeitos da viscosidade do que os sistemas intermoleculares ineficientes, o que indica claramente que a decomposição induzida do 1,2-dioxetano deve ocorrer por um processo de retro-transferência de elétron intramolecular. Além disso, os parâmetros de quimiluminescência destes sistemas foram estudados em vários solventes puros. Os rendimentos quânticos singlete obtidos foram correlacionados com parâmetros de viscosidade, polarizabilidade e polaridade usando análise de regressão linear múltipla.