论文部分内容阅读
在酰胺化合物中由于包含酰胺基(-CO-NH-)而使其具有生物特性,导致近年来这类化合物的光化学和光物理过程受到了人们广泛的关注。而硫代乙酰胺及其衍生物的特征是含有硫代酰胺基,其用硫来取代酰胺基中碳氧双键上的氧。该类化合物最关键的激发态动力学特征是C=S的伸缩和C-N的扭转,因而此类化合物易发生质子转移或异构化,使得其非辐射动力学过程的研究更有意义。硫代乙酰胺及其衍生物C=S上的π轨道可以和π*轨道之间形成π→π*类型的电子跃迁,同时与C-N对应的n→Ryd类型的电子跃迁发生耦合,因而S2和S3电子激发态对这类化合物的光物理和光化学过程非常重要。本文选用了硫代乙酰胺以及其甲氨基取代的N-甲基硫脲和二甲基取代的N,N-二甲基硫代乙酰胺为研究体系,通过共振拉曼及相关辅助技术,结合含时密度泛函(TD-DFT)计算并利用CASSCF计算方法研究激发态结构动力学信息,考察激发态和各势能面交叉点的几何结构和非辐射衰减通道,得到如下的研究结果:(1)获取了硫代乙酰胺(TAA)的紫外吸收光谱、傅立叶变换红外光谱、傅立叶拉曼光谱以及在不同激发波长和不同溶剂(乙腈、甲醇和水)中的共振拉曼光谱。A/B-带吸收被指认为既包含H-1→L*跃迁也包含nH→Ryd1跃迁。A/B-带的共振拉曼光谱最主要的的振动模式是6(C1N4伸缩振动/H8N4H9剪式振动)、10(C1N4伸缩振动)、11(C1N4H8/C1N4H9弯曲振动/C1C2伸缩振动)、14(C1N4H8/C1N4H9弯曲振动/C1C2/C1S3伸缩振动)、15(C1C2/C1S3伸缩振动)、19(C1C2S3弯曲振动)。结合傅立叶拉曼光谱指认、TD-DFT计算得到的化合物的几何结构、电子跃迁及振动频率等信息的分析,探讨了溶剂对不同激发态Franck-Condon区域结构动力学的影响。开展了共振拉曼光谱强度的量子波包理论计算拟合,结合振动-电子耦合理论分析,找到S2态-S3态振动电子耦合的拉曼证据。通过拉曼强度的计算以及量子波包理论的拟合,来解释理论和实验值出现差异的原因。并采用CASSCF(6,5)/6-31G(d)计算方法来获取TAA的激发态和势能面交叉点的几何结构,以及B3LYP-TD/6-311++G(df, pd)计算TAA以及其主要硫醇互变异构体不同激发态的激发能量,探讨分子激发到S2,FC后回到基态的光异构化过程以及非辐射衰减路径。(2)获取了N-甲基硫脲(MMTU)的紫外吸收光谱、傅立叶变换红外光谱,以及在不同激发波长和不同溶剂(乙腈、甲醇和水)中的共振拉曼光谱。A/B-带吸收被指认为既包含H-1→L*跃迁也包含nH→Ryd1跃迁。A/B-带的共振拉曼光谱最主要的的振动模式是8(C1N4伸缩振动/N4H8面内弯曲振动)、10(H9C5H11扭转振动/C5H10面外弯曲振动)、12(甲基伞式振动/C1N4/C1N3伸缩振动)、13(N4H8面内弯曲振动/H6N3H7摇摆振动/C1S2伸缩振动)、14(甲基摇摆振动/N4H8面内弯曲振动)、15(甲基面外弯曲振动)、16(N3C1N4对称伸缩振动/H6N3H7摇摆振动/C5N4伸缩振动)、18(C1S2伸缩振动/N3C1N4剪式振动)。结合傅立拉曼光谱指认、TD-DFT计算得到的化合物的几何结构、电子跃迁及振动频率等信息的分析,探讨了溶剂对不同激发态Franck-Condon区域结构动力学的影响。找到了S2态-S3态之间的振动电子耦合的证据。MMTU与TAA的差异在于在纯固体中仅存在顺式结构,而溶液中则顺反异构体共存,结合共振拉曼结构通过CASSCF(6,5)/6-31G(d)计算方法来分别获取MMTU顺反式构象的激发态和势能面交叉点几何结构,探讨分子激发到S2,FC后回到基态的异构化过程以及非辐射衰减路径。(3)通过实验获取了N,N-二甲基硫代乙酰胺(DMTAA)在的紫外吸收光谱、傅立叶变换红外光谱以及在不同激发波长和不同溶剂(乙腈、甲醇和水)中的共振拉曼光谱。A-带和B-带吸收分别被指认为πH-1→πL*电子跃迁和nH→Ryd3电子跃迁。A-带和B-带的共振拉曼光谱最主要的振动模式是7(H10C5H11剪式振动/C1N4伸缩振动/N4C6H13弯曲振动)、8(H10C5H11剪式振动/C5H12弯曲振动)、12(C6甲基伞式振动/H10C5H11剪式振动/C1N4伸缩振动)、14(C1N4C5/C1N4C6弯曲振动/H7C2H9/H14C6H15面外弯曲振动)、16(C1C2伸缩振动/C1S3弯曲振动/C5甲基弯曲振动)、20(C5N4C6对称伸缩振动/C1C2/C1S3/C1N4伸缩振动)。结合傅立叶红外光谱指认、TD-DFT计算得到的化合物的几何结构、电子跃迁及振动频率等信息的分析,探讨了溶剂对不同激发态Franck-Condon区域结构动力学的影响。开展了共振拉曼光谱强度的量子波包理论计算拟合,结合振动-电子耦合理论分析,找到了S2态-S3态、S3态-S4态和S3态-S5态振动电子耦合的拉曼证据。采用CASSCF(6,5)/6-31G(d)计算方法来获取DMTAA的激发态和势能面交叉点的几何结构,探讨分子激发到S3,FC后回到基态的非辐射衰减路径。(4)比较体系三种结构不同化合物中取代基对物质的溶剂效应和激发态结构动力学的影响。