吡嗪类衍生物的光诱导反应动力学研究

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吡嗪衍生物是合成食品香料、农用化学品、药品、抗静电剂、纺织织物整理液等的重要原料及中间体。在咖啡以及肉类等食品的香味组分中含有烷基吡嗪类化合物,可以广泛应用于饮料及肉类罐头的增香。由海蜇体内提取出的天然荧光物质腔肠素,在生物鉴定方面有重要的作用。吡嗪环系含有两个氮原子,可以作为富氮杂环化合物的理想结构单元。本文采用了共振拉曼光谱技术研究2-甲基吡嗪(2-MP),2-吡嗪腈(2-CP),2-吡嗪羧酸(2-ACP)及5-甲基吡嗪-2-羧酸(2-MACP)在不同溶剂中的激发态反应动力学,结合密度泛函理论(DFT)讨论了其光化学反应在微观动力学上的光转化机理,取得了积极的研究成果。(1)实验获取了2-甲基吡嗪(2-MP)的电子吸收光谱、傅立叶拉曼光谱和傅立叶红外光谱,结合密度泛函理论对其振动光谱进行了指认,其中A-吸收带的电子跃迁可归属为π π*。获取了7个不同激发波长下,2-MP在水、甲醇、乙腈和环己烷溶剂中的共振拉曼光谱。在266nm激发波长下,环己烷溶剂中的共振拉曼光谱谱峰指认表明2-MP在Franck-Condon区域A-带的短时动力学具有多维性,主要沿着C3H8/C6H10面内弯曲振动+C2C7伸缩振动(υ13,1249cm-1),C3H8/C5H9/C6H10面内弯曲振动(υ16,1055cm-1),C3H8/C7H12面内弯曲振动+CH3甲基摇摆振动(υ17,1018cm-1),C2C7伸缩振动+C6面内弯曲振动(υ19,827cm-1),吡嗪环的呼吸振动(υ20,638cm-1)这5个活性模展开。在B-带,2-MP的结构反应动力学主要沿着υ6(C2C3/C5C6对称伸缩振动)、υ16(C3H8/C5H9/C6H10面内弯曲振动)反应坐标。B-带与A-带的主要贡献振动模的不同,表明A-带与B-带的激发态反应动力学的结构存在差异。(2)实验获取了2-吡嗪腈(2-CP)的电子吸收光谱,结合傅立叶拉曼光谱、傅立叶红外光谱以及密度泛函理论对其振动光谱进行了指认,其中A-带的电子跃迁可归属为π π*。获取了8个不同激发波长下,2-CP在水、甲醇、乙腈和环己烷溶剂中的共振拉曼光谱。在A-吸收带,2-CP在266nm激发波长下,环己烷溶剂中的共振拉曼光谱指认表明其在Franck-Condon区域的短时反应动力学具有多维性,主要沿着C3H9/C5H10/C6H11面内弯曲振动(υ7,1442cm-1), C2C7伸缩振动+C3H9面内弯曲振动(υ10,1222cm-1),C3H9/C5H10/C6H11面内弯曲振动(υ113,1046cm-),吡嗪环的呼吸振动(υ14,1012cm-1),吡嗪环的呼吸振动(υ15,804cm-1),N1/N4面内弯曲振动(υ16,628cm-1)这6个活性模展开。在B-带,2-CP的结构反应动力学主要沿着υ5(C2C3/C5C6对称伸缩振动)、υ14(吡嗪环呼吸振动)反应坐标。(3)获取了2-吡嗪羧酸(2-ACP)在甲醇、乙腈以及水溶剂中的电子吸收光谱和7个激发波长下的共振拉曼光谱,用含时密度泛函计算方法得到化合物的电子跃迁、稳定几何结构及振动频率。2-吡嗪羧酸的结构反应动力学主要沿着υ13(C3H10/O9H13面内弯曲振动),υ16(C5H11/C6H12面内弯曲振动),υ17(吡嗪环呼吸振动),υ18(吡嗪环呼吸振动),υ20(N1/N4面内弯曲振动)反应坐标。甲醇溶剂中,υ8只出现在A-带的激发波长中,这说明A-带结构动力学与B-带结构动力学不同。(4)获取了5-甲基吡嗪-2-羧酸(2-MACP)在甲醇、乙腈以及水溶剂中的电子吸收光谱和7个激发波长下的共振拉曼光谱,用含时密度泛函计算方法得到化合物的电子跃迁、稳定几何结构及振动频率。5-甲基吡嗪-2-羧酸的结构反应动力学主要沿着υ15(N1C6C5对称伸缩振动+O9H13面内弯曲振动+H15C10H16三原子面内剪式振动),υ17(C3H11/C6H12面内弯曲振动+C5C10伸缩振动),υ19(C3H11/O9H13面内弯曲振动),υ20(C3H11面内弯曲振动+C7O9伸缩振动),υ26(吡嗪环呼吸振动),υ30(N1/N4面内弯曲振动)反应坐标。我们对2-MACP的甲醇溶液在217.8nm,228.7nm,252.7nm,266.0nm和282.4nm激发波长的共振拉曼光谱进行对比,可知A-带中的30、26、20、19、17和15模的强度都较强,而B-带中只有26和8模的强度较强,从活性模的强度及数量上得出A-带结构动力学与B-带结构动力学明显不同。
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