几种含吡啶环的双醛腙类化合物的结构与光谱性质

采用DFT/B3LYP方法在3-21+G基组下对4种含吡啶环的双醛腙类化合物进行基态(S_0)构型优化,并用单组态相互作用方法(CIS)优化四种化合物分子的激发态(S_1)结构,从理论上探讨了四种化合物的分子轨道能量、电子吸收和发射光谱等性质与结构的关系,并与实验值进行了对比,发现理论计算数据能够与实验结果基本一致.通过对分子中前线轨道能量的计算,揭示了不同取代基对材料光电活性的影响,即分子中的共轭体系增大,吸收光谱波长也随之红移.根据化合物的吸收和发射光谱的计算数据推测化合物D是这四种化合物中最可选的电子传输材料及光活性材料.     

几种2-取代-4,5-双(α-呋喃基)噁唑的结构与光谱性质

在密度泛函DFT-B3LYP/6-31+G水平上对2-甲基-4,5-双(α-呋喃基)噁唑(化合物A)、2-苯基-4,5-双(α-呋喃基)噁唑(化合物B)、2-α-呋喃基-4,5-双(α-呋喃基)噁唑(化合物C)和2-α-呋喃乙烯基-4,5-双(α-呋喃基)噁唑(化合物D)S0基态进行构型优化,并用单取代组态相互作用方法(CIS)优化其S1激发态结构。从理论上探讨了A,B,C和D四种化合物的前线分子轨道能量、吸收和发射光谱等性质与结构的关系,并与实验值进行了对比,发现理论计算数据能够与实验结果一致,特别是采用纯密度泛函DFT-OLYP方法计算发射光谱时,理论计算数据与实验结果相差比混合密度泛函DFT-B3LYP方法更小。计算结果表明,分子共轭体系越大,前线轨道间能隙越小,吸收光谱红移越显著。     

基于α-肉桂酰环乙烯酮二硫缩酮的一类新型D-A有机发光材料的理论

用密度泛函理论B3LYP方法对四种新型D-π-A分子(PKD,NKD,TKD和CKD)进行基态几何构型全优化,计算分子的电离势IP和电子亲和势EA等相关能量。用含时密度泛函(TDDFT)方法计算吸收光谱,用单组态相互作用方法(CIS)优化四种化合物分子的S₁激发态结构,分析其能量与发射光谱的关系。根据化合物组成的不同恰当地选择泛函计算分子的发射光谱,并与实验结果对照表明,计算结果比较可靠。     

母环氨基修饰罗丹明衍生物的结构、热力学性质及其光谱的理论研究

采用DFT/B3LYP方法对3种母环氨基修饰的罗丹明类衍生物的结构进行了全优化,得到此3种化合物的基态和激发态的结构参数、振动光谱、前线分子轨道能量等相关数据,并在基态和激发态几何构型优化的基础上,用TD-DFT方法计算了其气相吸收光谱及发射光谱,全面分析了结构特征对热稳定性、前线分子轨道及光谱性质的影响。结果表明：化合物a末端氨基的扭转运动程度最低,化合物b相对于化合物a,分子共轭及平面程度提高,末端氨基的扭转运动程度增大,气相最大吸收波长及最大发射波长红移,且计算分子中最大发射波长最长,热稳定性最低。化合物c在计算分子中共轭及平面程度、热稳定性、HOMO能量最高,能隙最低,气相最大吸收波长最长。但相对于化合物b末端氨基的扭转运动程度增大,最大发射波长蓝移。     

咪唑[4, 5-f] 1, 10-邻菲罗啉及其2-取代芳基衍生物的电子结构与光谱性质

分别采用B3LYP/6-31G(d)和CIS/6-31G(d)方法对咪唑[4, 5-f] 1, 10-邻菲罗啉(ip)及其8种2-取代芳基衍生物的基态(S0)和单重激发态(S1)的几何构型进行了全优化, 并采用含时的度泛函理论(TD-DFT)计算了上述化合物的电子吸收和电子发射光谱. 分析了取代基对咪唑[4, 5-f] 1, 10-邻菲罗啉的电子结构、前线分子轨道、电离势Ip、电子亲和势EA及电子光谱的影响. 计算结果表明, 取代基使8种取代衍生物前线分子轨道(LUMO-HOMO)能隙降低,导致其最大吸收和发射波长均发生了红移. 化合物1～8的跃迁类型均为分子内电荷转移（ICT）跃迁,且1～4和5～8的电子转移方向刚好相反. 溶剂对其电子光谱也有影响, 振子强度增大, 最大发射波长红移. 另外, 8种取代衍生物的电离势降低, 电子亲和势增大, 化合物1~4易于空穴的注入, 5~8易于电子的注入.     

咪唑[4, 5-f] 1, 10-邻菲罗啉及其2-取代芳基衍生物的电子结构与光谱性质

分别采用B3LYP/6-31G(d)和CIS/6-31G(d)方法对咪唑[4, 5-f] 1, 10-邻菲罗啉(ip)及其8种2-取代芳基衍生物的基态(S0)和单重激发态(S1)的几何构型进行了全优化, 并采用含时的度泛函理论(TD-DFT)计算了上述化合物的电子吸收和电子发射光谱. 分析了取代基对咪唑[4, 5-f] 1, 10-邻菲罗啉的电子结构、前线分子轨道、电离势Ip、电子亲和势EA及电子光谱的影响. 计算结果表明, 取代基使8种取代衍生物前线分子轨道(LUMO-HOMO)能隙降低,导致其最大吸收和发射波长均发生了红移. 化合物1～8的跃迁类型均为分子内电荷转移（ICT）跃迁,且1～4和5～8的电子转移方向刚好相反. 溶剂对其电子光谱也有影响, 振子强度增大, 最大发射波长红移. 另外, 8种取代衍生物的电离势降低, 电子亲和势增大, 化合物1~4易于空穴的注入, 5~8易于电子的注入.     

5,7'-(亚甲胺基)-二-8-羟基喹啉及其衍生物的密度泛函理论计算

在B3LYP/6-31G(d)水平上对5,7'-(亚甲胺基)-二-8-羟基喹啉及其5种衍生物进行了几何构型全优化,探讨了喹啉不同位H被吸电子基团CN及羟基O被S原子取代对分子电离势(Ip)、电子亲和势(EA)、电荷转移、前线轨道能量和电子光谱等性质的影响.用含时密度泛函理论(TD-DFT)计算了分子在气相及液相的吸收光谱,计算结果与实验值基本符合.取代基对5,7'-(亚甲胺基)-二-8-羟基喹啉锌分子的性质有较大影响.电子亲和势计算表明,该类化合物的电子亲和势较大,都是较好的电子传输材料.     

四种对位取代姜黄素类似物荧光光谱的理论研究

在B3LYP/6-31G(d,p)水平下优化了四种姜黄素类似物的几何构型,并通过振动分析验证了其构型稳定性。在此基础上利用单激发组态相互作用方法(CIS)对激发态进行了几何优化,最后通过含时密度泛函(TD-DFT)计算了荧光发射光谱。研究结果表明:四种化合物结构共平面性较好,为一较大共轭体系。随着苯环上羟基和卤素原子的引入,增大了π电子的共轭程度,荧光发射波长变长,荧光光谱均出现不同程度的红移。其中由于羟基是给电子基团,荧光光谱红移现象更明显。四种化合物荧光发射波长大小顺序与其前线区域轨道间隙能量大小顺序吻合,进一步表明间隙能量与荧光发射光谱的相关性。     

5,7¢-(亚甲胺基)-二-8-羟基喹啉及其衍生物的密度泛函理论计算

在B3LYP/6-31G(d)水平上对5, 7¢-(亚甲胺基)-二-8-羟基喹啉及其5种衍生物进行了几何构型全优化, 探讨了喹啉不同位H被吸电子基团CN及羟基O被S原子取代对分子电离势(IP)、电子亲和势(EA) 、电荷转移、前线轨道能量和电子光谱等性质的影响. 用含时密度泛函理论(TD-DFT)计算了分子在气相及液相的吸收光谱, 计算结果与实验值基本符合. 取代基对5, 7¢-(亚甲胺基)-二-8-羟基喹啉锌分子的性质有较大影响. 电子亲和势计算表明, 该类化合物的电子亲和势较大, 都是较好的电子传输材料.     

2-取代芳基菲并咪唑类化合物的电子结构和光谱性质的理论研究

运用密度泛函理论,在B3LYP/6-31G(d)水平上对菲并咪唑(PI)及其8种2-取代芳基衍生物的结构进行了全优化,探讨了取代基对分子结构、电离势(I_P)、电子亲和势(E_A)、电荷转移、前线分子轨道能量和电子吸收光谱等方面的影响.采用含时的度泛函理论(TD-DFT)计算了各分子的气相及液相的电子吸收光谱,计算结果与实验值十分接近.并用GaussSum2.1程序模拟吸收光谱和态密度(DOS)图,结果表明,芳基4′-位上取代基对菲并咪唑(PI)和苯环的骨架结构没有很大的扰动,但它们重新调整了菲并咪唑环和苯环中原子电荷分布,前线分子轨道(LUMO)-HOMO)能隙降低,导致8种取代的化合物的吸收波长均发生了红移.     

1,8-萘酰亚胺类衍生物的结构特性对其吸收和发射光谱影响的密度泛函研究

利用B3LYP/6-31G(d)方法优化了一系列N取代1,8-萘酰亚胺类物质的结构,利用含时密度泛函TD-B3LYP/6-31+G(d)方法及C-PCM模式,计算了它们在气相及二氯甲烷溶剂中的吸收和发射光谱。利用计算得出的前线轨道电子云分布及其对应的能级对它们的取代基对电子吸收光谱的影响进行了讨论。结果表明：此种方法计算出的二氯甲烷溶剂中的1,8-萘酰亚胺的吸收光谱与实验光谱比较吻和。取代CO基团的CN基团及其成环在吸收光谱和发射光谱中发挥了重要的作用。酰亚胺结构上的改性即CN基团的引入及在萘环上取代基一方面引入了结构上的不对称性,导致了衍生物的偶极矩的增大;同时结构上的改性扩展了萘酰亚胺共轭结构。4位取代NO₂衍生物从基态到第一激发态的Mulliken原子电荷比5位多一些,这意味着5位取代NO₂衍生物提供了较多的电子。对N(Ph)₂ 和N(Me)₂衍生物而言,他们4位取代衍生物提供了更多的电荷。前线轨道电子云表明：OCNCN基团改性扩展和N(Me)₂, N(Ph)₂和NO₂取代基拓展了这类分子的π—π*跃迁范围,从而使得前线轨道能级差降低,它们的吸收和发射光谱也发生了一定程度的红移。对给体取代基而言,它们的4位是电子传输态;对受体取代基NO₂而言,它们的5位是电荷传输态。当NO₂基团与CO基团在同一侧及当N(Me)₂和N(Ph)₂与在CN在同一侧时,此类化合物具有较好的传导特性。从化合物1到4,吸收光谱红移了139 nm。电荷传输越明显,吸收光谱红移的就越多。OCNCO的结构改性及其电荷传输机理为今后的萘酰亚胺类物质的分子设计提供了设计理论依据。     

经式8-羟基喹啉铝的光谱与激发性质密度泛函

经式8-羟基喹啉铝(mer-Alq3)是一种光电性能优良的小分子有机半导体发光材料.本文采用密度泛函理论(DFT)B3LYP/6-31G*方法和基组对其进行结构优化,计算并研究了该分子的红外光谱、拉曼光谱和前线轨道.计算得到的红外光谱、拉曼光谱均与实验相符.前线轨道表明基态最高占据轨道(HOMO)的电子云主要集中在苯酚环,最低未占据轨道(LUMO)的电子云主要集中在吡啶环.用含时密度泛函理论(TDDFT)计算得到紫外-可见吸收光谱,采用空穴-电子分析法研究了电子激发特征.结果表明:电子从基态到激发态的跃迁,主要是8-羟基喹啉环内或环间的电荷转移,以π-π*跃迁为主,包括局域激发和电荷转移激发两种类型.本工作对mer-Alq3分子发光机理提出更深入的认识,能为进一步提高该分子发光效率和调控分子的发光范围提供一定的理论指导.     

Synthesis and Properties of Diphenylcarbazole Triphenylethylene Derivatives with Aggregation-Induced Emission, Blue Light Emission and High Thermal Stability

New aggregation-induced emission materials derived from diphenylcarbazole triphenylethylene were prepared. The thermal, photophysical, electrochemical and aggregation-induced emissive properties were investigated. All the compounds had strong blue light emission capability and excellent thermal stability. Their maximum fluorescence emission wavelengths were between 450 to 460 nm in TLC plates, while their glass transition temperatures ranged from 162.2 to 182.4 °C. The decomposition temperatures of the synthesized compounds were all well over 500 °C. The synthesized compounds possessed aggregation-induced emission (AIE) properties, which exhibited enhanced fluorescence emissions in aggregation states or in solid states. The HOMO energy levels estimated from the oxidation potentials were found in the range from 5.49 to5.52 eV. The lowest unoccupied molecular orbital/highest occupied molecular orbital (LUMO/HOMO) energy gaps (ΔEg) for the compounds were estimated from the onset absorption wavelengths of UV absorption spectra and ranged from 3.04 to 3.20 eV.     

Scaled Quantum Chemical Studies of the Molecular Structure and Vibrational Spectra of Minoxidil

The Fourier transform Raman and Fourier transform infrared spectra for minoxidil have been recorded in the region 4000—100 cm^?1 and 4000—450 cm^?1, respectively. The structural and spectroscopy data of the molecule in the ground state were calculated by using density functional theory methods with 6-311G (d, p) basis set. A detailed vibrational analysis of the title compound has been done using normal coordinate analysis following the scaled quantum mechanical force field methodology. The calculated molecular geometry parameters and scaled vibrational wavenumbers are well compared with the experimental data. The electronic properties, such as excitation energies, absorption wavelength, highest occupied molecular orbital (HOMO), and lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) energies were performed by time-dependent density functional theory approach, and the results are in good agreement with experimental absorption spectrum. The charge delocalizations of these molecules have been analyzed using natural bond orbital analysis. The molecule orbital contributions are studied by density of energy states. Fukui functions, local softness, and electrophilicity indices for selected atomic sites of the title compound are determined. Finally, the thermal behaviors of the compound have been calculated by different temperature.     

Theoretical investigation on the excited state intramolecular proton transfer in Me_2N substituted flavonoid by the time-dependent density functional theory method

Time-dependent density functional theory(TDDFT) method is used to investigate the details of the excited state intramolecular proton transfer(ESIPT) process and the mechanism for temperature effect on the Enol*/Keto*emission ratio for the Me_2N-substited flavonoid(MNF) compound. The geometric structures of the S_0 and S_1 states are denoted as the Enol, Enol*, and Keto*. In addition, the absorption and fluorescence peaks are also calculated. It is noted that the calculated large Stokes shift is in good agreement with the experimental result. Furthermore, our results confirm that the ESIPT process happens upon photoexcitation, which is distinctly monitored by the formation and disappearance of the characteristic peaks of infrared(IR) spectra involved in the proton transfer and in the potential energy curves. Besides, the calculations of highest occupied molecular orbital(HOMO) and lowest unoccupied molecular orbital(LUMO) reveal that the electronegativity change of proton acceptor due to the intramolecular charge redistribution in the S_1 state induces the ESIPT. Moreover, the thermodynamic calculation for the MNF shows that the Enol*/Keto*emission ratio decreasing with temperature increasing arises from the barrier lowering of ESIPT.     

A Comprehensive Therotical Investigation of Intramolecular Proton Transfer in the Excited States for Some Newly-designed Diphenylethylene Derivatives Bearing 2-(2-Hydroxy-Phenyl)-Benzotriazole Part

This article presents a comprehensive therotical investigation of excited state intramolecular proton transfer (ESIPT) for some newly-designed diphenylethylene derivatives containing 2-(2-hydroxy-phenyl)-benzotriazole moiety with various substituted groups. The calculation shows the structural parameters and Mulliken charges of phototautomers enol (E) and keto (K) of these compounds exhibit no or tiny changes from S₀ to S₁. The calculated results suggest that HOMO and LUMO + 1 of the compounds displays excellent overlapping nature, and thus the absorption and emission could be from the electron transition of HOMO→LUMO + 1. The electron density distribution in the frontier orbital of E and K are influenced remarkably by various substituted groups in S₀ and S₁ states. Electron density distribution deficiency in 2-(2-hydroxy-phenyl)-benzotriazole part is observed in L + 1 for these derivatives. The calculation also suggests the potential energy curves of ESIPT are shown to be a strong relationship with electron donor-acceptor groups. The absorption spectra, normal emission spectra and ESIPT spectra of the derivatives were also calculated.     

对苯二甲酸-双(4-甲氧基苯酯)及其衍生物的结构与光谱

在密度泛函理论B3LYP/6-31 G*水平上计算研究了对苯二甲酸-双(4-甲氧基苯酯)及其OH和F腰接取代化合物的几何结构与红外振动光谱和电子光谱性质。研究发现这类化合物的酯基碳氧原子与苯环形成不同的离域大π键,空间位阻效应和共轭效应使三个苯环位于不同平面上,二面角在53°～59°范围。含时密度泛函理论计算第一激发态的电子垂直跃迁能,表明最大吸收光谱全部源于分子中HOMO→LUMO的π→π*跃迁,对应的最大吸收波长数值位于370～384nm之间,属于紫外区。腰接基对这类化合物的几何结构影响不大,仅由于空间位阻效应,使苯环(1)和苯环(2)之间的二面角增大3°～4°,但对其所在苯环的变形及其氢的振动有一定影响。同时,腰接羟基使HOMO→LUMO的能隙略有减小,最大吸收波长略有增大。腰接氟时因弱的共轭效应使得HOMO→LUMO的能隙减小0.1209eV,导致最大吸收波长红移14nm。