Azo spojevi su klasa organskih molekula koje karakterizira azo skupina (-N=N-). Njihova jedinstvena svojstva fotoizomerizacije čine ih vrijednima u materijalima-kontroliranim svjetlom, bioslikama i senzorima. Temeljni princip rada ovih spojeva proizlazi iz reverzibilnog procesa cis-trans izomerizacije vođenog sinergističkim učinkom elektronskih učinaka i steričkih prepreka supstituenata na oba kraja azo skupine.
U osnovnom stanju, azo spojevi obično postoje u termodinamički stabilnoj trans strukturi: dva aromatska prstena ili alkilni lanci su linearno raspoređeni, a konjugirani sustav se proteže, uzrokujući da molekula apsorbira specifične valne duljine vidljivog ili bliskog-ultraljubičastog svjetla. Kada su pobuđeni fotonima usklađenih energija-, elektroni skaču s veznih π orbitala na antivezne π* orbitale, pokrećući rekonfiguraciju intramolekularne distribucije naboja i slabeći karakteristike π-veze N=N dvostruke veze. U ovoj točki se barijera rotacije jednostruke-veze smanjuje, a molekula se može transformirati u cis strukturu rotacijom oko osi N=N-dva aromatska prstena tvore savijenu konformaciju zbog steričkog odbijanja, a oslabljena konjugacija rezultira plavim pomakom u apsorpcijskom spektru. Ovaj proces fotoizomerizacije vrlo je reverzibilan: pod toplinskom relaksacijom ili zračenjem drugom valnom duljinom svjetlosti (kao što je vidljiva svjetlost), molekula se može vratiti u trans stanje, dovršavajući ciklus "-prebacivanja fotografije".
Funkcionalnost azo spojeva ovisi o promjenama makroskopskih svojstava uzrokovanih konformacijskim promjenama. Na primjer, razlika između planarnosti trans strukture i ne{1}}planarnosti cis strukture utječe na međumolekularni uzorak slaganja, čime se mijenja indeks loma, temperatura faznog prijelaza tekućeg kristala ili sposobnost vlaženja površine materijala. Ako je molekula pričvršćena na polimernu okosnicu, njezina konformacijska inverzija može potaknuti pomicanje segmenta lanca, omogućujući dinamičku kontrolu mehaničkih svojstava materijala. U biološkim sustavima, reverzibilna izomerizacija azo skupine može potaknuti otpuštanje molekula lijeka ili promjenu konformacija proteina, pružajući mogućnosti za preciznu medicinu.
Važno je napomenuti da elektronički učinci supstituenata (kao što su elektron-donatorske skupine koje povećavaju polaritet N=N veza) i steričke smetnje (kao što su velike skupine koje ograničavaju stabilnost cis konformacije) značajno utječu na učinkovitost izomerizacije i brzinu fotoodgovora. Optimiziranjem ovih parametara putem molekularnog dizajna, fotoosjetljiva svojstva azo spojeva mogu se prilagoditi, proširujući scenarije njihove primjene u inteligentnim sustavima fotoodziva. Njegova je bit pretvoriti svjetlosnu energiju u informacije o molekularnoj konformaciji koju je moguće kontrolirati kontroliranjem rotacijskih stupnjeva slobode unutar molekula kroz kontrolu kvantne svjetlosti, te u konačnici postići inteligentan odgovor na vanjske podražaje.
