BBHQ’和2,4-DP分子的氢键动力学及质子转移研究

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氢键在自然界和生物体系中广泛分布,在我们生产和生活中扮演着很重要的角色。此外由于它在光化学和光物理以及生物学方面特殊的性质,在过去的几十年里已经引起了广泛的关注。首先由于它的强定向相互作用而具有的构建超分子的能力已经被发现,这对生命体是至关重要的。第二由于其动力学特征,氢键是许多相互作用发生的活性位点,因此对氢键在晶体,溶液和生物体内的深入研究变得的至关重要。不管是分子内氢键还是分子间氢键,它们对光化学和光物理反应的过程起着很大的作用,比如:荧光淬灭,电荷转移(CT),和激发态质子转移(ESPT)等等。其中,基于氢键作用而带来的质子转移是化学和生物领域酸碱中和反应中最重要的一个反应。尤其是是激发态质子转移这一过程在很多方面,都有着广泛的应用,例如:荧光探针的设计与应用,激光染料和发光二极管,紫外线吸收剂和分子开关等等。本文我们主要对两个分子体系的激发态氢键质子转移机制进行了理论研究。我们的方法是DFT和TDDFT和采用的泛函分别是B3LYP和CAM-B3LYPA。这两个体系分别是BBHQ′及其衍生物的激发态分子间质子转移竞争机制,2,4-DP和甲醇(MeOH)分子间氢键对质子转移的影响。首先我们来说第一个体系是关于BBHQ’分子的,BBHQ’及其衍生物的计算吸收和发射光谱和实验观察值吻合的很好,这说明了我们计算的可靠性。在S0和S1态下,与分子BBHQ’的氢键相关联的计算的键长,键角和红外振动谱表明,S1态氢键增强。与BBHQ’相比,BBHQ’-在S1和S0状态之间的氢键变化较弱,说明了在BBHQ’分子内氢键的存在。计算结果表明,S1状态下BBHQ’有三种稳定结构。我们发现对应于481nm荧光光谱的结构对应于BBHQ’-A而不是BBHQ’-K(Tetrahedron Lett。,2016,57,3518)。计算的前线分子轨道(MOs)表明电荷分布的性质和BBHQ’-A质子转移的趋势。BBHQ’和DBHO’构建的势能面进一步阐明了在S1状态下发生单质子或双质子转移(逐步或同步)的机制。所提出的ESIPT机制可以很好地解释BBHQ’及其衍生物的荧光猝灭现象。最后,我们用RDG函数来分析了BBHQ’和BBHQ’-分子内的弱相互作用类型。对于第二个分子体系也就是2,4-DP分子体系我们在优化结构,光谱计算,构建势能面进行了相同的计算,包括结构优化,光谱计算,和构建势能面,与BBHQ′相比不同之处是,对于第二个分子体系我们主要研究了分子间氢键对质子转移的影响,激发态氢键对质子转移的影响受分子间氢键位置的影响还是较为明显的,根据分子间氢键的不同位置,我们通过计算数据发现分子间氢键根据位置不同对质子转移的影响也不同,分为促进或者抑制。
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