不同取代基下激发态分子内质子转移机理研究

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自从1956年,激发态质子转移(ESPT)在水杨酸的实验研究中首次被观察到。随后,通过使用理论和实验方法,分子内和分子间光致质子转移反应被广泛研究。氢键作为主要的弱相互作用之一,自然界中的许多物理化学现象与之有关。在质子转移过程中,分子会通过辐射跃迁产生双荧光。通常,双荧光是激发态质子转移过程的标志,即正常和异构结构共存于溶剂中。不同的取代基对激发态分子内质子转移反应势垒及荧光辐射过程有重要影响,进而改变分子的光物理和光化学性质。本文使用密度泛函(DFT)和含时密度泛函(TDDFT)理论研究了AYAAQs和BTBAs体系的激发态分子内质子转移(ESIPT)反应,调查了不同取代基对AYAAQs和BTBAs体系ESIPT反应的影响。激发态下氢键强度受不同取代基的影响被首次报道。通过理论计算我们给出了可视化数据信息,例如结构中与氢键相关的键参数以及振动频率、分子前线轨道(MOs)、约化密度梯度(RDG)、势能曲线等。根据对计算结果的分析,激发态下氢键加强机制被证实,进而为分子的ESIPT反应提供驱动力。我们通过计算吸收光谱和发射光谱,并结合势能曲线可以很好地解释AYAAQs在激发态质子转移过程中分子的光物理和光化学性质的变化。我们揭示了随着不同取代基CH3→CH2Cl→CHCl2→CF3的取代,由AAAQ→CAAQ→DCAQ→TFAQ,AYAAQs衍生物的激发态质子转移反应越来越容易进行。接着我们报道了具有不同取代基的苯并噻唑衍生物BTBAs的光谱特征,通过对理论计算结果的分析,我们明确了激发态下电子的重新分布会导致BTBAs衍生物从BTBA→BTBA-OCH3→BTBA-NO2的质子转移过程越来越难进行,并且在文中我们还揭示了F-具有使BTBA-OCH3荧光再生的特性。
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