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。     

可聚合萘酰亚胺类衍生物的合成及光谱研究

以4-溴-1,8-萘酐和4-硝基-1,8-萘酐为原料制备了分别含碳-碳双键和硅氧烷结构的可聚合萘酰亚胺衍生物4-二甲胺基-1,8-萘酐、4-二甲胺基-N-烯丙基-1,8-萘酰亚胺、4-硝基-N-烯丙基-1,8-萘酰亚胺和4-硝基-N-[(3-三甲氧基硅基)丙基] -1,8-萘酰亚胺. 通过¹H、¹³C及多种二维核磁共振（NMR）技术表征了其分子结构,完成了氢和碳的谱峰归属. 利用紫外吸收光谱与荧光发射光谱研究了这些化合物的光学性质,并讨论了取代基对这些化合物荧光性质的影响.      

取代基对N-H…O=C氢键二聚体中氢键强度的影响

使用MP2方法研究了N-H…O=C氢键二聚体的氢键强度,探讨了不同取代基对N-H…O=C氢键强度的影响.研究发现,可以通过改变取代基的供电性或吸电性来调控氢键强度:乙基等供电子基团对N-H…=C氢键强度的调节作用不大;-NO_2等强吸电子基团可极大地改变N-H…=C氢键强度;质子受体分子中的强吸电子基团如-NO_2可使N-H…O=C氢键强度减弱多达2.6 kcal/mol.自然键轨道(NBO)分析表明,N-H…O=C氢键强度越强,参与形成氢键的氢原子电荷越正,氧原子电荷越负,单体分子间电荷转移越多,N-H…O=C氢键中氧原子孤对电子n(O)对N-H反键轨道σ*(N-H)的二阶稳定化能越大.     

电子传输材料1,3,4-恶二唑衍生物和1,2,4-三唑衍生物的DFT研究

采用密度泛函理论B3LYP方法,对1,3,4噁二唑衍生物和1,2,4三唑衍生物两类电子传输材料在中性、阴离子态和阳离子态下分别进行几何结构优化计算.结果表明,1,3,4噁二唑衍生物的电子传输过程主要是分子内噁二唑上的N→O电子转移,1,2,4三唑衍生物的电子传输过程主要是分子内三唑上N(双键)→N(单键)以及三唑环向与N相连的苯环电子转移.当其苯环上3位被拉电子基团取代后,其电子传输性能提高;而被给电子基团取代后,电子传输性能降低.     

电子传输材料1，3，4-噁二唑衍生物和1，2，4m三唑衍生物的DFT研究

采用密度泛函理论B3LYP方法，对1，3，4-噁二唑衍生物和1，2，4-三唑衍生物两类电子传输材料在中性、阴离子态和阳离子态下分别进行几何结构优化计算．结果表明，1，3，4-噁二唑衍生物的电子传输过程主要是分子内噁二唑上的N→O电子转移，1，2，4-三唑衍生物的电子传输过程主要是分子内三唑上N（双键）→N（单键）以及三唑环向与N相连的苯环电子转移．当其苯环上3位被拉电子基团取代后，其电子传输性能提高；而被给电子基团取代后，电子传输性能降低．     

新型含氧亚甲基和亚胺桥键液晶化合物分子结构与光谱的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论方法在B3LYP/6-31G*水平上对6个新型含氧亚甲基和亚胺桥键液晶化合物分子的几何结构进行优化计算,讨论了取代基H,CH3,CH3O,C2H5O,NO2,Cl对分子电荷、前线轨道能量和电子吸收光谱等性质的影响.在此基础上使用含时密度泛函理论方法计算了分子第一激发态的电子垂直跃迁能,得到最大吸收波长λmax.计算表明,取代基的引入导致最大吸收波长红移.     

乙酰丙酮-5,10,15,20-四取代苯基卟啉稀土铥络合物的吸收光谱

络合物Tm(g)Tppacac(g:H,O—NO_2,P—NO_2,O—Cl,m—Cl,P—Cl,P-CH_3O;HTpp:5,10,15,20-四苯基卟啉;Hacac:乙酰丙酮)在可见和红外区的吸收光谱被讨论。HTpp、H(P—CH_3O)Tpp、H(O—NO_2)Tpp、H(P—NO_2)Tpp、H(P—Cl)Tpp、H(O—Cl)Tpp和H(m-Cl)Tpp的核的N—H伸缩振动分别在3317、3318、3318、3320、3321和3324cm~(-1),取代物与HT_(pp)比较向长波位移1—7cm~(-1)。络合后,由于N—H上的氢被稀土离子取代,此带消失·络合物中的1516—1518cm~(-1)谱带在卟啉和过渡金属卟啉中不存在,它们与乙酰丙酮配位相关,是乙酰丙酮环上的C—C伸缩振动。但对Tm(O—NO_2)Tppacac和Tm(P—NO_2)Tppacac,产生强宽谱带1523和1519cm~(-1),这是由于邻、对位硝基苯基卟啉的反对称N—O伸缩振动1512和1524cm~(-1)与乙酰丙酮的C—C伸缩振动的迭加结果。TmTppacac的M—O伸缩振动在372cm~(-1),取代络合物此带向低波数发生明显位移,其位移次序为: Tm(m—Cl)Tppacac>Tm(O—Cl)Tppacac>Tm(P—Cl)Tppacac> Tm(P>NO_2)Tppacac>Tm(O—NO_2)Tppacac>Tm(P—CH_3O)Tppacac 按此次序,它们的带频率分别为350、355、356、357、360和366,向低波数位移6—27cm~(-1)。还有一些谱带,如吡咯的βC—H摇摆和C—H弯曲振动、吡咯和苯环的—C=C—伸缩振动等也参照文献进行了归属。可见谱带中,取代络合物与TmTppacac比较,大多数谱带都向长波或短波长方向发生位移。     

取代基对N-H•••O=C氢键二聚体中氢键强度的影响

使用MP2方法研究了N-H•••O=C氢键二聚体的氢键强度,探讨了不同取代基对N-H•••O=C氢键强度的影响.研究发现,可以通过改变质子供体或受体分子上取代基的供电性或吸电性来调控氢键强度:乙基等供电子基团对N-H•••O=C氢键强度的调节作用不大;NO2和CN等强吸电子基团可极大地改变N-H•••O=C氢键强度;质子供体分子中的强吸电子基团如CN可使N-H•••O=C氢键强度增强多达4.6kcal/mol,质子受体分子中的强吸电子基团如NO2可使N-H•••O=C氢键强度减弱多达2.6kcal/mol.自然键轨道(NBO)分析表明,N-H•••O=C氢键强度越强,参与形成氢键的氢原子电荷越正,氧原子电荷越负,单体分子间电荷转移越多,N-H•••O=C氢键中氧原子孤对电子n(O)对N-H反键轨道σ*(N-H)的二阶稳定化能越大.     

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.     

芳香性取代基对2-(2-羟基苯基)苯并咪唑激发态质子转移和光谱性质影响的理论研究

运用密度泛函(DFT)和含时密度泛函(TD DFT)理论方法研究了在2-(2-羟基苯基)苯并咪唑(HBI)苯环羟基的对位分别被呋喃基、吡咯基等五种芳香性取代基后的衍生物(HBI-R)分子内质子转移过程,考察了取代基的电子离域效应对分子结构、分子内氢键和质子转移的影响,模拟计算了各分子的IR振动光谱和电子光谱。研究发现,基态的HBI与HBI-R分子内氢键O—H…N比O…H—N强度大,因氢键中的O—H增长和H—N的缩短,激发态氢键O—H…N弱于O…H—N强度,基态和激发态的稳定构型分别为醇式和酮式结构,取代基总体上使酮式构型相对稳定性有所增加,但呋喃基、吡咯基和噻吩基却略降低了激发态酮式构型相对稳定性。取代基降低了HBI基态和激发态分子内质子转移反应的能垒,但影响不大。电子吸收光谱的最大吸收峰和荧光光谱的最大发射峰主要源于前线分子轨道HOMO与LUMO之间的电子跃迁,芳环取代基增强了电子离域效应,使光谱的吸收峰和发射峰波长均有较大的红移。     

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.     

DFT研究给/吸电子取代基对D-π-A型苯并噻唑衍生物光电性质及非线性光学性质的影响

采用密度泛函理论(DFT)B3LYP方法计算了苯并噻唑及其三种D-π-A型衍生物的电子结构、电子光谱及重组能,同时结合有限场(FF)方法计算了它们的二阶非线性光学系数βtol值,从而探索取代基与分子的电荷分布、电子光谱及非线性光学性质的关系.计算结果显示,在母体分子的2,5位同时引入给/吸电子基团,2位碳原子的电荷布居发生较大变化,且分子的HOMO能级升高,LUMO能级降低,能隙减小,吸收和发射光谱发生显著的红移,增大了二阶非线性光学系数βtol.随着取代基吸电子能力的增强,分子的电子重组能逐渐变大,而空穴重组能的变化却不大,同时分子的偶极矩有所增加,有利于产生二阶非线性光学活性.     

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.     

DFT研究给/吸电子取代基对D-π-A型苯并噻唑衍生物光电性质及非线性光学性质的影响

采用密度泛函理论(DFT) B3LYP方法计算了苯并噻唑及其三种D-π-A型衍生物的电子结构、电子光谱及重组能,同时结合有限场(FF)方法计算了它们的二阶非线性光学系数βtol值,从而探索取代基与分子的电荷分布、电子光谱及非线性光学性质的关系。计算结果显示,在母体分子的2,5位同时引入给/吸电子基团,2位碳原子的电荷布居发生较大变化,且分子的HOMO能级升高,LUMO能级降低,能隙减小,吸收和发射光谱发生显著的红移,增大了二阶非线性光学系数βtol。随着取代基吸电子能力的增强,分子的电子重组能逐渐变大,而空穴重组能的变化却不大,同时分子的偶极矩有所增加,有利于产生二阶非线性光学活性。     

1-苯并噻唑基-吡唑啉类荧光化合物的合成及其荧光光谱

合成了几种苯并噻唑基 -吡唑啉类化合物 ,经红外吸收光谱和荧光发射光谱测定 ,此类化合物具有一定的荧光性 ,其荧光强度的大小与衍生物中不同的取代基有关。     

共价键相联的卟啉—酞菁激发态性质——(Ⅰ)二元分子化合物光谱特性研究

本文系统研究了二元分子TTP—O—Pc和TTP—O—(CH_2)_5—O—Pc的吸收光谱,发射光谱和激发光谱,区分了两组发光谱带的来源, 证实了由TTP到Pc的能量转移,利用激光频域技术获得了电荷弛豫时闻分别是18.5和82ps。     

C60醛类衍生物非线性光学特性研究

研究了加合不同取代基团的C60醛类衍生物的光学非线性性质。利用简并四波混频（DFMW）方法获得了C60醛类各衍生物的三阶光学非线性超级化率γ^(3)及相应的三阶光学非线性系数χ^(3)值。同时也研究了它们各自的光限幅特性。结果表明：不同的取代基对C60醛类衍生物三阶光学非线性及光限幅特性的影响不同。     

四取代酞菁金属配合物的紫外-可见吸收光谱和荧光发射光谱研究

报道了16种含哌嗪或含哌啶四取代酞菁金属配合物{R4PcM,R=2-[4-(2-磺基乙基)哌嗪-1-基]乙氧基(SPEO—)、2-(哌啶-1-基)乙氧基(PEO—);取代位置分别在α位和β位;M=Zn(Ⅱ),Ni(Ⅱ),Co(Ⅱ), Cu(Ⅱ)}的UV-Vis吸收光谱和荧光发射光谱的测定,探讨了中心金属离子、取代基种类及其取代位置、溶剂等因素对酞菁金属配合物UV-Vis吸收光谱和荧光发射光谱性质的影响。结果表明:R4PcM的Q带λ_max落在681～718 nm范围内,与相同中心金属离子的无取代酞菁金属配合物(669～671 nm)比较都发生了不同程度的红移,荧光发射光谱与UV-Vis吸收光谱呈镜像关系,特别的是两种β位取代中心金属离子为Zn(Ⅱ)的酞菁金属配合物[β-(SPEO)₄PcZn,β-(PEO)₄PcZn]具有极高的摩尔消光系数、较大的荧光量子产率和较长的荧光寿命,有望开发成新型的光动力诊疗用光敏剂。     

2-酮基-L-古龙酸结构发生改变的核磁共振研究

发现并揭示了2-酮基-L-古龙酸在许多种溶剂中发生了结构改变,该物质在室温条件下,无需施加任何外力因素,分子中极易发生分子内成环结构变化:分子中的羰基(-C=O)双键断开变单键,形成了2,5位半缩醛五元环衍生物,使分子内出现了O-C-O基团,其标题化合物的核磁共振碳谱(13C NMR)羰基特征峰的化学位移(约200)变到了96,核磁共振2D HMBC异核相关谱,充分证明了2-酮基-L-古龙酸发生的分子内环合成衍生物的主要产物是五元环的2,5位半缩醛衍生物,而非六元环的2,6位半缩醛衍生物.     

α、β-并三噻吩衍生物分子的二阶非线性光学性质

采用密度泛函理论B3LYP/6-31+g(d)方法对二聚α、β-并三噻吩衍生物的18个分子(a~j2)进行几何构型优化,对其最优构型采用TD-DFT(TDB3LYP/6-31+g(d))计算电子吸收光谱,用有限场FF方法及自编程序计算二阶非线性光学(NLO)性质。计算结果表明,增加共轭链的含乙烯桥的二聚并三噻吩比不含乙烯桥者,βμ(或β0)大1.6—5.3倍;在含乙烯桥二聚α、β-并三噻吩分子(母体分子)末端引入含C=C或C≡C的基团(如-C≡CH与-C=C(CN)_2),比引入强供电子基团(如-N(CH_2CH_3)_2)、单纯吸电子基(如F原子)βμ(或β0)更大;尤其是端接-C=C(CN)2基团的二聚α、β-并三噻吩衍生物,其βμ(或β0)值为104数量级个原子单位(10-29esu),与母体分子相比βμ增大4.8~19.6倍,更有利于改善体系的二阶非线性光学性质,从而可获得良好的非线性光学材料.