C60-多吡啶Ru(Ⅱ)配合物电子光谱的密度泛函理论研究

应用密度泛函理论(DFT)方法对两种C60-多吡啶Ru(Ⅱ)衍生物进行理论研究.在TZP全电子基组优化构型基础上,通过分析前线轨道组成,探讨金属及配体对C60母体影响;以LB及SAOP校正局域密度近似,用含时密度泛函(TDDFT)方法,考虑溶剂化效应,计算化合物1和2的电子吸收光谱.结果表明,化合物1和2在气相与丙酮溶液中所对应的光谱值差异较为明显,溶剂化效应使吸收光谱蓝移.计算得到化合物1和2在丙酮溶液中电子光谱与实验值吻合较好,低能跃迁多为金属参与的混合跃迁,高能跃迁主要由C60与配体部分贡献.     

Ru(Ⅱ)和Ru(Ⅲ)配合物[Ru(bpy)(PH3)(-C≡CC6H4NO2-p)Cl]m(m=0,+1)的光谱性质的密度泛函-含时密度泛函理论研究

我们利用DFT中的B3LYP方法优化了Ru(Ⅱ)配合物和氧化的Ru(Ⅲ)配合物[Ru(bpy)(PH3)(-C≡CC6H4NO2-p)Cl]m[bpy=2,2′-bipyridine;m=0(1), 1(1 )]的基态几何结构,得到的几何参数与实验结果吻合的很好。采用TDDFT方法,得到了配合物1和1 的激发态电子结构和电子吸收光谱。研究结果表明,配合物1和1 随着氧化过程的发生,光谱性质也发生变化,Ru(Ⅱ)配合物的低能吸收被指认为MLCT/LLCT混合跃迁,而氧化的Ru(Ⅲ)配合物1 的低能吸收具有LMCT跃迁性质。     

Ru(Ⅱ)和Ru(Ⅲ)配合物[Ru(bpy)(PH3)(-C≡CC6H4NO2-p)Cl]m(m=0，+1)的光谱性质的密度泛函-含时密度泛函理论研究

我们利用DFT中的B3LYP方法优化了Ru(Ⅱ)配合物和氧化的Ru(Ⅲ)配合物[Ru(bpy)(PH₃)(-C≡CC₆H₄NO₂-p)Cl]^m[bpy=2，2′-bipyridine;m=0 (1)，+1 (1⁺)]的基态几何结构，得到的几何参数与实验结果吻合的很好。采用TDDFT方法，得到了配合物1和1⁺的激发态电子结构和电子吸收光谱。研究结果表明，配合物1和1⁺随着氧化过程的发生，光谱性质也发生变化，Ru(Ⅱ)配合物的低能吸收被指认为MLCT/LLCT混合跃迁，而氧化的Ru(Ⅲ)配合物1⁺的低能吸收具有LMCT跃迁性质。     

7-吡啶吲哚同分异体结构与电子光谱性质的理论研究

运用密度泛函理论对7-吡啶吲哚可能存在的构型进行优化,计算异构体的几何构型、电子结构、前线分子轨道;应用含时密度泛函理论计算了异构体b,c和e的电子光谱性质以及溶剂效应对光谱性质的影响.结果表明,溶剂极性的增加使b的电子光谱蓝移,而c和e的电子光谱红移,且溶剂极性对最大吸收波长影响幅度较小.前线分子轨道分析,表明该类化合物的主要吸收光谱主要对应于分子中的HOMO→LUMO电子跃迁,且为π→π*跃迁.     

联吡啶钌配合物[Ru(Htcterpy)X3]3-[X=NCS,CN,Cl]的电子结构和光谱性质的理论研究

利用DFT中的B3LYP方法优化了3个联吡啶钌配合物[Ru(Htcterpy)X3]3-[tcterpy=4,4',4"-tricarboxy-2,2'∶6',2"-terpyridine, X=NCS(1), CN(2), Cl(3)]的基态几何结构, 得到的几何参数与实验结果吻合得很好. 采用TD-DFT方法, 得到了配合物1~3在气态和溶液(乙醇溶液和水溶液)中的激发态电子结构和电子吸收光谱. 利用SCRF方法中的CPCM模型来模拟溶剂化效应. 研究结果表明, 配合物1~3在气态和溶液中的吸收跃迁性质相似, 低能吸收均被指认为MLCT和LLCT的混合跃迁, 高能吸收均被指认为三联吡啶配体内的π→π*跃迁. 溶剂化效应使配合物1~3在溶液中的吸收光谱蓝移.     

三联吡啶铂(Ⅱ)配合物光谱性质的密度泛函研究

采用密度泛函理论方法(DFT),对三联吡啶铂(Ⅱ)配合物的结构与电子光谱进行了系统研究.筛选的PBE/LanL2DZ(6-311+G(d))—BMK/LanL2DZ(6-31+G(d))方法,计算结果能较好地与实验值吻合:对光谱峰波长的计算,吸收光谱和发射光谱平均误差分别为14 nm和17 nm.通过对前线分子轨道的分析,归属了各光谱峰的跃迁类型.计算结果表明,不同推拉电子效应的取代基对配合物光谱峰的位置和跃迁类型具有较大影响,为已有的实验结论提供了有力的理论阐述.     

8-巯基喹啉阴离子的锌配合物及其衍生物的电子光谱性质的含时密度泛函理论研究

采用从头算(ab initio)和密度泛函理论(DFT B3LYP)方法, 对配合物8-巯基喹啉锌Zn(tq)₂及其5种衍生物基态结构进行优化, 用含时密度泛函理论(TD-DFT/B3LYP)及6-31＋G(d)基组计算吸收光谱; 同时用ab initio HF 单激发组态相互作用(CIS)法在6-31G(d)基组上优化其最低激发单重态几何结构, 用含时密度泛函理论计算发射光谱. 结果表明, 电子在基态与激发态间的跃迁, 主要是在配体8-巯基喹啉(tq)环内的电荷转移, 电子从含S的苯硫酚环转移至含N的吡啶环上; 吸收光谱和发射光谱的计算值与实验值基本符合. 该类配合物都是优良的电子传输材料, 改变金属离子和取代基均可以调控发光材料的光谱波段.     

呋喃查尔酮结构与电子光谱的密度泛函理论研究

在密度泛函理论的PBE1PBE/6-31G(d)水平上对呋喃查尔酮及其衍生物的几何结构进行优化计算.在获得基态稳定结构的基础上,应用含时密度泛函理论计算其电子吸收光谱,探讨了取代基和溶剂对电子吸收光谱的影响,计算结果与实验结果吻合很好,平均绝对偏差仅为3.3nm(0.04eV).结果表明,取代基的引入和溶剂极性的增大均使光谱发生红移.通过前线轨道分析,揭示了该类化合物的主要吸收峰均源自分子中HOMO→LUMO电子跃迁.     

三联吡啶Pt(Ⅱ)配合物的基态和激发态的理论研究

为了探究取代基对三联吡啶Pt(Ⅱ)配合物发光性质的影响, 采用MP2和CIS方法分别对配合物[Pt(trpy)C≡CC6H4R]+[trpy=2,2',6',2″-Terpyridine; R=NO2(1), Cl(2), H(3), CH3(4)]的基态和激发态的几何构型进行了优化, 通过TDDFT/B3LYP方法得到了这些化合物在二氯甲烷溶液中的磷光发射光谱以及它们的跃迁性质. 研究结果表明, 由于NO2的强吸引作用以及在C≡CC6H4NO2部分可能存在的电子共振结构, 化合物1的最低发射可以指认为Pt—C≡C→trpy(3MLCT/3LLCT) 的跃迁, 并且还有很大的一部分来自于π→π*(C6H4NO2) 跃迁的贡献, 而化合物3和化合物4由于含有给电子基团, 因此其最低发射仅仅是来自于3MLCT/3LLCT的跃迁. 但是并不是所有的取代基为吸电子基团时都能有类似的π→π*跃迁性质. 对于化合物2, Cl是仅次于NO2的吸电子取代基, 但是由于缺少电子共振的贡献, 它的跃迁性质却与化合物3和4相同. 另外, 激发态几何相对于基态几何没有发生太大的变化, 这与实验上所观察到的较小斯托克斯频移现象一致.     

靛族染料发色体电子光谱性质的含时密度泛函理论研究

采用密度泛函方法(DFT)在B3LYP／6—31 ^*水平上对一系列靛族染料发色体的几何构型进行优化计算；在获得基态稳定结构的基础上，应用含时密度泛函理论(TD—DFT)在相同水平下计算其电子吸收光谱．探讨了不同给电子基团和发色体的延伸对电子吸收光谱的影响，得到了与对应母体化合物一致的变化规律．结果表明，给电子基团给电子能力的增强和发色体的纵向延伸分别使光谱产生一定红移和轻微的蓝移．通过对前线轨道组成进行自然布居分析，揭示了靛族染料的发光均源自分子中HOMO—LUMO(π→π^*)电子跃迁．     

新型三齿多吡啶钴(II)、钌(II)配合物的合成、表征及其与DNA的作用研究

合成了两种新型三齿多吡啶钴(II)和钌(II)的混配配合物[Co(TolylTPy)(H₂Bzimpy)]Cl₂ [TolylTPy＝4'-对甲基苯 基-2,2':6',2'-三联吡啶, H₂Bzimpy＝2,6-二(苯并咪唑-2)吡啶] (A)和Ru(TolylTPy)(Bzimpy) (B). 用元素分析, IR, ¹H NMR等对它们进行了表征, 测定了配合物B的晶体结构, 用电子吸收光谱、荧光光谱等研究了配合物与小牛胸腺DNA(CTDNA)的相互作用及其对pBR322 DNA的断裂作用. 结果表明, 配合物A和B与CTDNA的作用属静电结合, 凝胶电泳实验说明配合物A在310 nm光辐射15 min, 可使超螺旋pBR322 DNA断裂为开环缺口型和线型DNA.     

钌(II)多吡啶配合物光断裂DNA的实验研究

研究了一系列钌(II)多吡啶配合物对pBR 322 DNA 的光断裂作用, 并与光谱法和粘度法的研究结果进行了对比. 实验结果表明, 钌(II)多吡啶配合物光断裂DNA的能力不仅与配合物与DNA相互作用的结合模式和结合强度有关, 还与配合物自身的电子结构有关; 钌(II)多吡啶配合物对DNA的光断裂存在立体选择性; 其断裂机理是激发态的配合物与溶液中的氧分子发生能量转移生成单线态氧活性氧化物种, 将鸟嘌呤碱基氧化而导致DNA断裂. 本研究对于遗传工程中的化学核酸酶以及以DNA为靶标的药物设计有重要的意义.     

多吡啶钌配合物作为DNA结构探针的研究

本文对多吡啶钌配合物作为DNA荧光或结构探针的研究背景、研究技术及其特点、钌配合物与DNA的键合模式及其结合力大小的影响因素、钌配合物与DNA键合的异构选择性及不同键合速率、非放射性核酸标记及DNA分子光开关等方面进行了简要述评     

A Density Functional Theory Study on Electronic Structure and Second—order Nonlinear Optical Properties of Some Push—Pull Molecules

Time-dependent density-functional theory(TDDFT)has been applied to calculate the electronic structure and second-order nonlinear optical(NLO) properties of some organic molecules.The two-dimensional(2-D)charge transfer charateristics of calculated molecules were studied and compared with corresponding experimental results.All the theoretical results agree well with the measurement.For 2-D molecule with two-fold symmetry,the dominant charge transfer is off-diagonal,while for three-fold symmetry 2-D molecule,the dominant charge transfer is not only between branches and central group but also among branches.     

钌(II)多吡啶配合物与DNA相互作用研究*

DNA是遗传信息的携带者和基因表达的物质基础,金属配合物与DNA的相互作用研究已受到广泛关注,成为生物无机化学的重要研究内容之一。本文简要评述了钌(II)多吡啶配合物在DNA识别、断裂及拓扑异构酶抑制方面的研究情况。     

Effect of Electronic Structures of Enantiomers of Ruthenium(II) Polypyridyl Complexes on DNA Binding Behaviors

A pair of Ru(II) complex enantiomers, Δ‐ and Λ‐[Ru(bpy)₂(p‐mpip)]²⁺ {bpy=2,2′‐bipyridine, p‐mpip=2‐(4‐methylphenyl)imidazo[4,5‐f]‐1,10‐phenanthroline} have been synthesized and structurally characterized. Both experimental results from crystallography, NMR, electrochemistry and theoretical calculations applying the density functional theory (DFT) method based on their crystal structures show that small difference in geometric structure existed can cause a considerable difference in electronic structure between enantiomers. In addition, the binding of the two enantiomers to calf thymus DNA (CT DNA) has been investigated with UV spectroscopy titration and viscosity measurements. It is very rare that the Λ enantiomer binds to DNA more strongly than the Δ enantiomer, which can be reasonably explained by their different electronic structures for the first time, suggesting that the dominant factor governing the stereoselectivity of DNA binding of Ru(II) complex may be the different electronic structures of its enantiomers.     

New Amphiphilic Polypyridyl Ruthenium（Ⅱ） Sensitizer and Its Application in Dye-Sensitized Solar Cells

Amphiphilic polypyridyl mthenium（Ⅱ） complex cis-di（isothiocyanato）（4,4＇-di-tert-butyl-2,2＇-bipyridyl）（4,4＇- dicarboxy-2,2＇-bipyridyl）ruthenium（Ⅱ）（K005） has been synthesized and characterized by cyclic voltammetry, ^1H NMR, UV-Vis, and FT-IR spectroscopies. The sensitizer sensitizes TiO2 over a notably broad spectral range due to its intense metal-to-ligand charge-transfer （MLCT） bands at 537 and 418 nm. The photophysical and photochemical studies of K005 were contrasted with those of cis-Ru（dcbpy）2（NCS）2, known as the N3 dye, and the amphiphilic ruthenium（Ⅱ） dye Z907. A reversible couple at E1/2=0.725 V vs. saturated calomel electrode （SCE） with a separation of 0.08 V between the anodic and cathodic peaks, was observed due to the Ru^Ⅱ/Ⅲ couple by cyclic voltammetry. Furthermore, this amphiphilic ruthenium complex was successfully used as sensitizers for dye-sensitized solar cells with the efficiency of 3.72% at the 100 mW·cm^-2 irradiance of air mass 1.5 simulated sunlight without optimization of TiO2 films and the electrolyte.     

Enantioselective Assembly of a Ruthenium(II) Polypyridyl Complex into a Double Helix

Evolution can increase the complexity of matter by self‐organization into helical architectures, the best example being the DNA double helix. One common aspect, apparently shared by most of these architectures, is the presence of covalent bonds within the helix backbone. Here, we report the unprecedented crystal structures of a metal complex that self‐organizes into a continuous double helical structure, assembled by non‐covalent building blocks. Built up solely by weak stacking interactions, this alternating tread stairs‐like double helical assembly mimics the DNA double helix structure. Starting from a racemic mixture in aqueous solution, the ruthenium(II) polypyridyl complex forms two polymorphic structures of a left‐handed double helical assembly of only the Λ‐enantiomer. The stacking of the helices is different in both polymorphs: a crossed woodpile structure versus a parallel columnar stacking.