1,3,5-三嗪类化合物的设计合成及紫外吸收性能的TD-DFT和3D-QSPR的研究

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三嗪类化合物作为近年来发展起来的一类新型光稳定剂,具有优良的紫外线吸收性能,因其吸收谱广、效率高、耐热性强、与聚合物材料相容性好而受到广泛关注,国内外学者相继研究推出几个不同结构商品化的三嗪类紫外线吸收化合物。本文采用脒的盐酸盐与取代苯甲醛为原料在一水醋酸酮的催化作用下氧化关环合成了24个1,3,5-三嗪类化合物;以三聚氯氰为原料,经格氏偶联、傅克反应,醚化三步反应共合成12个1,3,5-三嗪类化合物;以三聚氯氰为原料直接与间苯二酚傅克反应合成1个1,3,5-三嗪化合物,所得目标产物结构经氢谱(1H NMR),碳谱(13C NMR),高分辨质谱(HRMS),红外(IR)进行表征。以二氯甲烷为溶剂,利用紫外分光光度计测定了共37个目标化合物的紫外吸收数据,得到了各目标产物的最大吸收波长(λmax exp)和最大摩尔吸收系数(εmax exp)的实验数据值。本论文利用Gauss09软件包,基于含时密度泛函(TD-DFT)理论,在B3LYP/6-311+G(d,p)水平上计算了37个目标化合物的紫外吸收相关参数,利用极化连续介质模型(Polarizable Continuum Model,PCM),考虑了二氯甲烷的溶剂效应,得到了各目标产物的理论最大吸收波长(λmax cal)和最大摩尔吸收系数(εmax cal)。构建了由理论计算和实验数据所得的λmax exp和λmax cal,εmax exp和εmax cal各自的单线性关系。其中,λmax exp和λmax cal的线性相关系数R=0.96,P<0.0001;εmax exp和εmax cal的线性相关系数R=0.83,P<0.0001。从而建立了一个准确普适性的预测1,3,5-三嗪类化合物λmax cal和εmax cal的有效方法。本论文以SYBYL-X 2.0软件为工具,利用比较分子场分析法(CoMFA)构建了具有一定预测能力的3D-QSPR模型,来帮助进一步了解取代基对吸收性能的影响,其结论与TD-DFT计算一致,该最优化模型的交叉验证系数和线性相关系数均具有统计学意义((q2=0.501)>0.5和(R2=0.918)>0.9)。CoMFA模型的三维等势图证实对最大吸收波长影响最大的是静电场。两个模型的结合研究为今后获得具有良好紫外线吸收性能的化合物提供了理论依据。通过测定理论计算出的红外光谱、理论及实验紫外光谱、计算不同构象的结构和能量与前线分子轨道解析四个方面进行了1,3,5-三嗪类紫外性能的机理研究。研究证实,1,3,5-三嗪类化合物优异的耐光性能要归功于它们经历了快速的激发态质子转移(ESIPT)从而使得激发态钝化,分子内氢键(IMBH)是实现激发态转移的基础,全面合理的解释了其紫外性能内在机理。
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