瞬态荧光方法研究溶剂诱导的三苯胺衍生物的对称性破缺电荷转移动力学

在缺乏特征红外振动的情况下追踪具有四极或八极对称性分子的激发态对称性破缺电荷转移通常是很困难的.本文以一种具有八极对称性的三苯胺衍生物为研究对象,利用飞秒时间分辨瞬态荧光光谱方法获得发光跃迁偶极矩的演化动力学,进而实时表征了其溶剂诱导对称性破缺电荷转移的动力学过程.当该分子处于弱极性甲苯溶液中时,在激发态弛豫过程中其发射偶极矩变化较小;当处于较强极性的四氢呋喃溶液中时,其发射偶极矩在数皮秒内快速减小.在对比单体偶极分子的荧光动力学后,推断八极分子的发光态在强极性溶剂中经历溶剂诱导的结构变化,由激子耦合的八极对称性降低至激发定域的偶极对称性;而在较弱极性的溶剂中,其八极对称性在溶剂化稳定中得以较大程度的保持.     

具有电子推拉结构的多支化分子的光物理特性的研究

利用稳态光谱和飞秒时间分辨荧光亏蚀的技术,研究了不同溶剂中一系列有分子内电荷转移特性的分子的结构与光物理性质的关系,研究体系为三苯胺作为电子给体,2,1,3-苯并噻二唑作为受体的单支分子及其对应的两支和三支分子. 并结合TD-DFT计算进一步解释了实验中所观察到的现象. 三个分子相似的吸收和荧光光谱以及强的溶剂依赖光谱特性表明两支与三支分子激发态与单支分子相似,表明激发态都定域在其中一支上. 激发时多支分子内发生多维电荷转移,然后快速地定域到某一支上发射. 另一方面多支分子相对于单支分子吸收和发射光谱的红     

新型三腈基呋喃衍生物光谱特性的研究

通过两步反应合成了一种带有新型电子给体的D-π-A型三腈基呋喃衍生物(DCDHF-2-V),并采用旋涂法制备出与聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)共混均匀的聚合物薄膜.采用UV1700紫外可见分光光度计和F-4500荧光分光光度计研究了该化合物在不同极性溶剂以及薄膜状态下的吸收光谱和荧光光谱特性.结果表明,在薄膜状态下化合物的吸收峰有一定蓝移,吸收带变宽.随溶液极性的增加,荧光光谱的最人峰值波长逐渐红移,分子的荧光量子产率以及斯托克斯位移也有较大变化.据此计算出DCDHF-2-V分子激发态与基态偶极矩之差为35.68×10-30C·m,并根据双能级模型确定了分子的二阶非线性极化率β随波长的变化情况,当激光基频波长为1064 nm时,β为3323.4×10-40m4/V.     

4′-(对-胺苯基)-2,2′:6′,2′′-三联吡啶光物理性质

用稳态吸收和荧光光谱技术研究4′-(对-胺苯基)取代的三联吡啶配体(APT)分子在不同极性溶剂中的光谱和光物理性质. 在极性溶剂中APT分子存在着双荧光现象,它分别对应于局域激发态和分子内电荷转移态. APT分子的胺基N原子与醇类溶剂之间的氢键作用使该分子在质子性与非质子性溶剂中具有不同的线性关系. 此外,APT分子的三联吡啶部分与锌离子络合以及三联吡啶N4—N8—N14与甲醇分子形成氢键后,在低能区域出现新的吸收光谱带与荧光光谱带,表明在基态和激发态均形成了新的络合物. 时间分辨单光子计数技术测量的APT分子的荧光衰减过程,证明了APT分子的分子内电荷转移机制符合〝两态〞模型.     

核黄素在不同极性溶剂中的光谱特性研究

实验测得核黄素在水、二甲基亚砜(DMSO)和三氯甲烷三种不同极性溶剂中的稳态吸收光谱、荧光光谱和时间分辨荧光光谱,研究了溶剂对核黄素光谱性质的影响。实验结果表明,在不同极性的溶剂中,核黄素的吸收峰位置几乎不变,而荧光光谱峰值随着溶剂极性的增大而出现红移。这是由于溶质分子的电子激发及溶剂化效应引起的电子重新分布导致它在极性溶剂中第一激发单重态能级的变化。在时间分辨荧光光谱实验中,核黄素在水溶液中荧光寿命也高于在其他两种溶剂中,荧光寿命的延长可归因于核黄素与氢键对体溶剂之间的分子间氢键相互作用。应用Gaussian09软件,采用密度泛函理论和含时密度泛函理论,结合基于密度的溶剂化模型,对不同极性溶剂中的核黄素分子进行基态和激发态优化和计算。通过前线分子轨道分析,核黄素的受激跃迁属于苯环和含氮杂环上的π电子向苯环及C N,C O共轭双键的反键轨道π*的跃迁。分子偶极矩的计算结果表明,核黄素分子的第一激发态偶极矩大于基态偶极矩,偶极矩的增大,导致溶质与溶剂分子之间的相互作用的增大。而溶剂分子与溶质分子基态和激发态的相互作用程度不同,使得吸收峰和荧光峰出现不同变化情况。极性越大的溶剂越有利于对激发态的稳定作用,使激发态能量降低,相应的发射波长发生红移。最后,通过分子表面静电势和弱相互作用分析,在水溶剂中考虑氢键作用对核黄素分子光谱的影响。多聚体结构的理论吸收和发射峰值更接近实验结果,说明多聚体结构合理。水分子二聚体与核黄素形成的环状结构,有利于提高核黄素分子的刚性,有利于荧光的发射,减少非辐射跃迁的几率,荧光寿命延长。     

新型BODIPY荧光染料的合成及光谱性质研究

传统的BODIPY荧光染料具有荧光量子效率高、摩尔消光系数大、紫外吸收和荧光发射峰窄等优点,然而这类荧光染料普遍存在荧光发射波长短和Stokes位移小的缺点,因而限制了它们在体内生物传感及成像方面的广泛应用。为了得到荧光发射波长较长和Stokes位移大的BODIPY荧光染料,以BODIPY母核为基本结构,通过在它的8位连接吸电子性质的酯基来增加分子内电荷转移程度,同时在其3,5位引入供电子的芳香取代基增加分子的π共轭结构,合成得到了一类8位酯基取代的新型BODIPY荧光染料。所得到的新型BODIPY荧光染料的化学结构经过1H NMR, 13C NMR和HR-MS得以确认。光谱测试结果表明,这类染料的紫外吸收光谱(λ_abs=536 nm)和荧光发射光谱(λ_em=592 nm)与普通的BODIPY相比都发生显著红移(80 nm),并且保持了较高的荧光量子效率(Ф=0.43)。此外,这类BODIPY荧光染料的紫外可见吸收光谱和荧光发射光谱几乎完全分开,Stokes位移长达60 nm,可以有效地避免自吸收和生物样品的背景干扰。密度泛函理论计算结果表明,这种相对较大的Stokes位移主要是由于染料分子在基态和激发态下不同的几何构型所造成的。该类化合物的光物理性能受溶剂的影响小,是一类性能优良的新型荧光染料。细胞成像结果表明,染料1具有良好的细胞渗透性和光稳定性,可以实现对细胞的荧光成像。     

10-羟基苯并喹啉激发态分子内质子转移取代基效应的理论研究

运用密度泛函(DFT)和含时密度泛函(TDDFT)计算方法研究了10-羟基苯并喹啉(HBQ)及其衍生物分子内质子转移过程,探究了取代基效应对质子转移过程的影响,研究发现,HBQ及其衍生物可以形成分子内氢键,且激发态时氢键增强.基态时各分子以醇式构型稳定存在,激发态时酮式构型为优势构象.各化合物的最大吸收峰和发射峰主要是电子从HOMO到LUMO之间的跃迁引起的.基态分子内质子转移(醇式→酮式)需要跃过较高的能垒因而难以发生,而激发态时只需跃过较低能垒就很容易发生分子内质子转移,吸电子基的引入可以使该过程的能垒降低,因此吸电子基有利于激发态质子转移.取代基效应影响化合物的光谱性质.     

新型BODIPY荧光染料的合成及光谱性质研究（英文）

传统的BODIPY荧光染料具有荧光量子效率高、摩尔消光系数大、紫外吸收和荧光发射峰窄等优点,然而这类荧光染料普遍存在荧光发射波长短和Stokes位移小的缺点,因而限制了它们在体内生物传感及成像方面的广泛应用。为了得到荧光发射波长较长和Stokes位移大的BODIPY荧光染料,以BODIPY母核为基本结构,通过在它的8位连接吸电子性质的酯基来增加分子内电荷转移程度,同时在其3,5位引入供电子的芳香取代基增加分子的π共轭结构,合成得到了一类8位酯基取代的新型BODIPY荧光染料。所得到的新型BODIPY荧光染料的化学结构经过1 H NMR,13 C NMR和HR-MS得以确认。光谱测试结果表明,这类染料的紫外吸收光谱(λabs=536nm)和荧光发射光谱(λem=592nm)与普通的BODIPY相比都发生显著红移(80nm),并且保持了较高的荧光量子效率(Ф=0.43)。此外,这类BODIPY荧光染料的紫外可见吸收光谱和荧光发射光谱几乎完全分开,Stokes位移长达60nm,可以有效地避免自吸收和生物样品的背景干扰。密度泛函理论计算结果表明,这种相对较大的Stokes位移主要是由于染料分子在基态和激发态下不同的几何构型所造成的。该类化合物的光物理性能受溶剂的影响小,是一类性能优良的新型荧光染料。细胞成像结果表明,染料1具有良好的细胞渗透性和光稳定性,可以实现对细胞的荧光成像。     

4-四氢喹啉酮的合成及发光性能

对喹吖啶酮结构改造合成了新型结构荧光体4-四氢喹啉酮,对其吸收光谱及荧光光谱进行了研究,发现该化合物的吸收峰及荧光发射峰随溶剂极性的增加而不断红移,表明荧光来源于分子内激发态电荷转移发光.该化合物在固态即显示荧光,表明经结构改造后,消除了喹吖啶酮类的固态荧光猝灭效应.4-四氢喹啉酮结构简单,易于合成和结构修饰.这对于寻找新的主体荧光发射材料具有重大意义.     

氢键效应对2,3-二氢-3-酮基-1H-吡啶并[3,2,1-kl]吩噻嗪光物理性质的影响

利用含时密度泛函理论(TDDFT)方法和飞秒时间分辨的瞬态吸收光谱技术对2,3-二氢-3-酮基-1H-吡啶并[3,2,1-kl]吩噻嗪(PTZ4)和3-酮基-1H-吡啶并[3,2,1-kl]吩噻嗪(PTZ5)这两种荧光探针分子的光物理性质进行了研究. TDDFT结果表明PTZ4和PTZ5在甲醇溶液形成了氢键络合物导致它们吸收峰的红移. PTZ4分子在基态有四种稳定构型,其在四氢呋喃溶液中的双荧光峰正是来自于四种构型下的内部电荷转移态. PTZ4分子在四氢呋喃和甲醇溶液中的瞬态吸收光谱表明,从局域态到转移态的弛豫时间常数在四氢呋喃中为16.0 ps,在甲醇中为7.5 ps;PTZ4分子在甲醇中的激发态寿命为53.8 ps,而这种超短的寿命可能是由于PTZ4分子在激发态时形成的面外型氢键络合物导致的.     

Fully conjugated push–pull dendrons with high dipole moments in excited state; synthesis and theoretical rationalization

Novel fully conjugated push–pull dendrons were synthesized by a divergent approach to evaluate the performance of non‐conventional architectures like dendritic one in charge separation processes associated with photovoltaic events. The dipole moments in excited state were estimated by the solvatochromic method, to be related to the charge separation efficiency. A 1:2 ratio of donor–acceptor groups (methoxy and nitro groups respectively) promotes the largest dipole moment in both ground and excited state (up to 17 D), due to the efficient electron density transfer over the entire molecule, through the π‐electron system. The synthesized dendrons induce charge transfer on excitation as follows from UV–vis absorption–emission analysis and theoretical calculations. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

Effect of positional substitution of amino group on excited state dipole moments of quinoline

The effect of positional substitution of amino group on the ground and excited state dipole moments of quinoline ring has been investigated using solvatochromic shift methods. The excited state dipole moments of 5aminoquinoline (5AQ) and 3aminoquinoline (3AQ) have been estimated from the spectral data in different non-polar, polar aprotic and polar protic solvents using Bakhshiev and Kawski-Chamma-Viallet equations. It has been observed that both grounds as well as excited state dipole moments for 5AQ are higher than those for 3AQ by approximately a factor of two. Higher values of the excited state dipole moments for both 3AQ and 5AQ as compared to corresponding ground state values have been attributed to intramolecular charge transfer processes. The role of specific solute-solvent interaction on excited state dipole moment in addition to the general solvent effects has been discussed.     

Photoinduced Intramolecular Electron Transfer and Electronic Coupling Interactions in π- Expanded Imidazole Derivatives

An intramolecular excited charge transfer (CT) analysis of imidazole derivatives has been made. The determined electronic transition dipole moments has been used to estimate the electronic coupling interactions between the excited charge transfer singlet state (¹CT) and the ground state (S₀) or the locally excited state (¹LE). The properties of excited ¹CT state imidazole derivatives have been exploited by the significant contribution of the electronic coupling interactions. The excited state intramolecular proton transfer (ESIPT) analysis has also been discussed.     

Solvatochromic and Fluorescence Behavior of Sulfisoxazole

The Fluorescence spectroscopic and solvatochromic behavior of Sulfisoxazole, a sulfa drug with antimicrobial activities, in various pure solvents of different polarity and hydrogen bonding capability is reported. The fluorescence emission spectrum of sulfisoxazole was found to be solvent polarity dependent, where a notable red shift in emission maximum was observed with increasing solvent polarity as well as hydrogen bonding capability. The effects of the latter two solvent parameters were quantitatively investigated using the methods of Lippert–Mataga and solvatochromic comparison method (SCM) that is based on the Kamlet-Taft equation. Particularly, the Lippert–Mataga method was applied to estimate the dipole moment of the excited state (μ_e) upon plotting Stokes shift versus solvent polarizability (Δf), where a value of 11.54 Debye was obtained. On the other hand, applying the multiple regression analysis to the SCM method revealed that solvent polarizability (π*) and hydrogen-bond donor capability (α) approximately equally stabilize sulfisoxazole in the excited state with minor destabilization contribution by the hydrogen-bond acceptor capability (β). These findings revealed that the excited state of sulfisoxazole is stabilized by polar solvents, indicating that this drug molecules exhibit larger dipole moment in the excited state than in the ground state, which in turn implies that a potential intramolecular charge transfer (ICT) occurs after excitation.     

外电场下TCNQ的激发与光谱性质研究

采用密度泛函B3PLY方法优化了不同外电场下TCNQ分子的基态稳定构型、电偶极矩和分子的总能量，并且分析了TCNQ分子的HOMO-2到LUMO+2轨道的能量变化。然后利用杂化CIS-DFT方法在同样的基组下计算了外电场下TCNQ分子的前9个激发态的激发能、波长和振子强度，结果表明在没有外电场的情况下，TCNQ分子只有一个激发态能够激发，从基态跃迁到第1激发态。在有外电场的作用下，总能量随外电场的增加而逐渐减少，偶极矩随外电场的增加而不断增加。其前线轨道的能量也随外电场的增加不断减少，轨道分布也受外电场很大的影响。另外，外电场对TCNQ分子的激发波长也产生了一定影响。     

外电场下TCNQ的激发与光谱性质研究

采用密度泛函B3PLY方法优化了不同外电场下TCNQ分子的基态稳定构型、电偶极矩和分子的总能量,并且分析了TCNQ分子的HOMO-2到LUMO+2轨道的能量变化。然后利用杂化CIS-DFT方法在同样的基组下计算了外电场下TCNQ分子的前9个激发态的激发能、波长和振子强度,结果表明在没有外电场的情况下,TCNQ分子只有一个激发态能够激发,从基态跃迁到第1激发态。在有外电场的作用下,总能量随外电场的增加而逐渐减少,偶极矩随外电场的增加而不断增加。其前线轨道的能量也随外电场的增加不断减少,轨道分布也受外电场很大的影响。另外,外电场对TCNQ分子的激发波长也产生了一定影响。     

Fluorescence Properties of Donor–Acceptor-Substituted Pyrazoloquinolines

The photophysical properties of three newly synthesized pyrazoloquinolines, composed of N,N-dimethylaniline as donor subunit and various substituted forms of the acceptor pyrazoloquinoline (DPPQ), were investigated by absorption as well as by stationary and time resolved fluorescence spectroscopy. These compounds show generally highly efficient emission in nonpolar and medium polar solvents; the dipole moment of the emitting state increases and the quantum yield decreases with solvent polarity. These results are explained by state reversion in polar solvents: At low polarities emission originates from a state localized on the DPPQ moiety, whereas in the high-polarity regime the next excited state of charge transfer character, in which an electron is promoted from the amino nitrogen lone pair into an excited orbital of the DPPQ moiety, becomes the fluorescent state. This view is corroborated by semiempirical calculations including the solvent reaction field, low-temperature fluorescence measurements, and the observation of effects of protonation on the spectroscopic and photophysical properties.     

Photoinduced Intramolecular Charge Transfer in Donor-acceptor Dyad and Donor-bridge-acceptor Triad

在fullerene-PBTDP-TPA三体体系中的光诱导的分子内电荷转移的实验基础上,分别利用密度泛函理论和含时密度泛函理论以及结合二维、三维实空分析方法对fullerene、PBTDP-TPA二体以及fullerene-PBTDP-TPA三体的基态和激发态的性质进行了理论研究．二维定点表象揭示了激发情况下电子和空穴的相干情况．三维跃迁矩阵展示了跃迁偶极矩的方向和强度,而且三维电荷差密度给出了光诱导的分子内电荷转移的方向和结果．同时,用二维和三维表象的方法对fullerene-PBTDP-TPA三体中光诱导的分子内电荷转移过程进行了验证,揭示了在给予者-桥-接收者三体分子体系中分子内激发时电荷转移的机制．除此之外,还发现直接从给予者到接收者超交换的分子内电荷转移极大地促进了给予者-桥-接收者三体分子体系内的电荷转移．