溶剂极性对1，5-二羟基蒽醌分子双质子转移过程的影响

具有激发态分子内双质子转移特性的分子在荧光传感器、激光材料、生物分子探针等领域具有广泛的应用. 羟基蒽醌作为蒽醌类化合物是自然界中广泛存在且具有质子转移特性的次级代谢物,其衍生物已被广泛研究并成功应用于染料、免疫增强和抗癌药物. 近年来,1,5-二羟基蒽醌(1,5-DHAQ)作为一种具有两个分子内氢键的羟基蒽醌衍生物受到了广泛的关注. 本文采用飞秒瞬态吸收光谱结合含时密度泛函理论方法研究了溶剂极性对1,5-DHAQ分子激发态分子内双质子转移过程的影响. 1,5-DHAQ分子在甲苯、四氢呋喃和乙腈溶剂中的稳态荧光光谱表明,溶剂极性的改变对1,5-DHAQ的荧光峰位置产生了影响. 瞬态吸收光谱表明,溶剂极性的增大加快了质子转移的速率. 超快动力学拟合结果表明,溶剂极性的增大有助于加快1,5-DHAQ分子中的激发态分子内双质子转移过程. 此外,通过理论计算得到的势能曲线分析表明质子转移的能垒随着溶剂极性的增加而逐渐减小,从而促进1,5-DHAQ分子激发态分子内双质子转移过程的发生,这进一步验证和解释了实验结果. 本工作有助于开发和合成更稳定、高效的羟基蒽醌衍生物.     

激发态分子内质子转移分子2-羟基-1-萘甲醛半碳酰腙的光谱特性

通过考察2-羟基-1-萘甲醛半碳酰腙(HNLSC)在不同极性溶剂中的吸收光谱和荧光光谱,详细研究了HNLSC分子在不同溶剂及酸、碱条件下的不同构型,证实了HNLSC具有典型的ESIPT特性。在非极性溶剂中分子主要以分子内氢键的闭式构型存在,这种闭式构型使分子具有ESIPT特性,在环己烷溶剂和高酸度极性溶剂中分子均表现出～415nm的正常荧光和～435nm处的反常ESIPT荧光。在极性质子溶剂中,因溶质和溶剂之间形成了分子间的氢键以及进一步去质子化,HNLSC形成了基态的溶剂化开式构型和离子构型,在吸收光谱中表现出～395nm的离子构型特征吸收。开式构型和离子构型阻断了分子内质子转移途径,因而在荧光光谱中仅表现出一个特征峰。实验进一步通过三乙胺和稀硫酸调节溶液体系的极性和酸度环境,证明在不同溶剂极性和酸度环境下,HNLSC分子不仅存在萘环上羟基变化引起的多种互变异构体间的转化平衡,同时存在—CHN—NH—CO—NH2结构域的烯醇式和酮式结构的相互转化。     

激发态质子转移分子2-（2′-羟基苯基）苯并噻唑在不同溶剂中的光谱特性

观测了2-（2′-羟基苯基）苯并噻唑（HBT）在不同极性溶剂中的吸收光谱和荧光光谱,详细研究了溶剂极性对HBT发生激发态分子内质子转移（ESWT）影响的机制。吸收光谱表明在常态条件下,HBT在各种溶剂中都以烯醇式构型和酮式构型共同存在,但以烯醇式构型占绝大多数。荧光光谱表明在纯环己烷溶剂中,HBT被紫外光激发时,绝大多数烯醇式构型发生ESIPPT转变为酮式构型,分子的ESIPT效率最大。在含有乙醇的极性溶剂中,HBT烯醇式会形成溶剂化的烯醇式构型,阻碍分子发生ESIPT反应。溶剂中乙醇含量愈多极性愈强,溶剂化烯醇式的成份就愈多,HBT的ESIPT效率就愈低。以400nm光激发HBT溶液时,在510nm处发现酮式构型荧光,从而确认了400nm处的弱吸收是酮式构型的吸收;且在436和456nm处还有新的荧光峰,分析其可能来源于酮式构型去质子化阴离子的发射。     

激发态质子转移分子2-(2'-羟基苯基)苯并噻唑在不同溶剂中的光谱特性

观测了2-(2’-羟基苯基)苯并噻唑(HBT)在不同极性溶剂中的吸收光谱和荧光光谱,详细研究了溶剂极性对HBT发生激发态分子内质子转移(ESIPT)影响的机制。吸收光谱表明在常态条件下,HBT在各种溶剂中都以烯醇式构型和酮式构型共同存在,但以烯醇式构型占绝大多数。荧光光谱表明在纯环己烷溶剂中,HBT被紫外光激发时,绝大多数烯醇式构型发生ESIPT转变为酮式构型,分子的ESIPT效率最大。在含有乙醇的极性溶剂中,HBT烯醇式会形成溶剂化的烯醇式构型,阻碍分子发生ESIPT反应。溶剂中乙醇含量愈多极性愈强,溶剂化烯醇式的成份就愈多,HBT的ESIPT效率就愈低。以400 nm光激发HBT溶液时,在510 nm处发现酮式构型荧光,从而确认了400 nm处的弱吸收是酮式构型的吸收;且在436和456nm处还有新的荧光峰,分析其可能来源于酮式构型去质子化阴离子的发射。     

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.     

1，8-二羟基-2-萘甲醛激发态双质子转移反应的MS-CASPT2//CASSCF研究

激发态双质子转移反应长期困扰着理论和实验科学家并成为了一个悬而未决的热点问题. 本文利用完全活化空间自洽场方法及其二阶微扰理论(MS-CASPT2//CASSCF)系统地研究了典型体系1,8-二羟基-2-萘甲醛(DHNA)的激发态双质子转移反应以及相关的激发态弛豫过程. 在MS-CASPT2//CASSCF水平下,本文优化了三个能量相近但结构不同的S₁态互变异构体,即S1-ENOL、S1-KETO-1和S1-KETO-2,以及两个关键的S₁/S₀锥形交叉点结构,即S1S0-KETO-1和S1S0-KETO-2. 其中,两个极小点S1-KETO-1和S1-KETO-2与实验上观测到的双荧光发射现象密切相关. 本文还利用MS-CASPT2//CASSCF方法计算了双质子转移反应的二维势能面以及从极小点到交叉点结构的线性内插路径;相应计算结果证实了DHNA体系具有分步的激发态双质子转移机制. 具体来说,从S1-ENOL到S1-KETO-1的第一个质子转移过程是无能垒的,而从S1-KETO-1到S1-KETO-2的第二个质子转移过程则需要克服一个大约6.0 kcal/mol的能垒. 此外,由于从S1-KETO-1 (S1-KETO-2)到S1S0-KETO-1 (S1S0-KETO-2)的线性内插路径显示DHNA体系需要翻越一个约为12.0 kcal/mol的能垒,因此DHNA体系将在S₁态上停留一段时间并发生双荧光发射现象. 当然,S₁/S₀锥形交叉点也会促使DHNA体系从S₁态内转换到S₀态,而这会一定程度上降低DHNA体系发射荧光的效率. 可以通过限制C5-C8-C9-O10二面角旋转来降低体系的内转换效率,进而提高DHNA体系的发光效率. 本工作不仅有助于理解激发态双质子转移机制,还有助于设计具有优异发光性能的新型分子材料.     

瞬态吸收光谱茜素超快动力学研究

激发态质子转移是光物理学、光化学和光生物过程中最基本的化学反应之一.激发态分子内质子转移(excited-state intramolecular proton transfer,ESIPT)通常是指有机分子受到激发,到达激发态后,质子在激发态势能面上从质子供体基团转移到质子受体基团并形成含有分子内氢键多元环的过程,一...     

分子内质子转移分子2-(2′-羟基苯基)间氮杂氧茚的光学非线性的研究

报道了在调Ｑ的Ｎｄ∶ＹＡＧ激光器泵浦下用Ｚ扫描技术对具有分子内质子转移（ＥＳＩＰＴ）特性的分子２（２′羟基苯基）间氮杂氧茚（ＨＢＯ）的光学非线性的研究。结果表明：对１．０６μｍ的光，ＨＢＯ无非线性吸收，其三阶非线性极化率不随入射光强而变；而在０．５３μｍ的激光作用下，ＨＢＯ表现出显著的双光子吸收，其双光子吸收系数随泵浦光强增强而减小，而其三阶非线性极化率实部则随泵浦光强的增强而增大。在建立双光子泵浦产生激发态分子内质子转移动态模型的基础上，通过理论计算很好地解释了实验现象     

2-[(4-羟基苯基)偶氮]蒽醌的合成及其阴离子识别

以酚羟基为识别位点,蒽醌基和偶氮基为信号报告基团,设计合成了识别阴离子的主体分子2-[(4-羟基苯基)偶氮]蒽醌.紫外-可见吸收光谱结果表明,在DMSO介质中,主体分子可以“裸眼”识别F-和Ac-,吸收光谱发生显著变化,溶液颜色由黄色变为蓝绿色,其它阴离子不影响其对F-和Ac-的识别.初步探讨了识别机理,表明主体分子与阴离子之间形成氢键促进了分子内电荷转移,使吸收光谱发生显著红移,溶剂对主体分子与阴离子之间的反应存在影响.     

2-羟基-1-萘甲醛半碳酰腙激发态分子内质子转移阴离子荧光识别

利用荧光光谱分析法,考察了2-羟基-1-萘甲醛半碳酰腙(L)作为受体分子与F~-、Cl~-、Br~-、I~-、SO_3~(2-)、NO_3~-、ClO_4~-、H_2PO_4~-、SO_4~(2-)、CH_3COO~-、CO_3~(2-)等阴离子的作用。研究结果表明,在乙腈溶液中该受体分子其酚羟基OH与—C=N—基N之间的分子内氢键强度较弱,引入CH_3COO-和CO_3~(2-)增强了分子内氢键强度,在波长495nm处出现激发态分子内质子转移(ESIPT)荧光,荧光滴定实验表明该受体分子与CH_3COO~-和CO_3~(2-)均形成1:1型结合物,提出了可能的配合物结合模式。     

Excited State Intramolecular Proton Transfer in O-Tosylaminobenzaldehyde

Excited state intramolecular proton transfer (ESIPT) in o-tosylaminobenzaldehyde has been investigated. According to quantum-chemical calculations ESIPT in o-tosylaminobenzaldehyde is barrierless. Product of ESIPT undergoes efficient nonradiative deactivation caused by internal rotation of C(H)OH-group. The solvent orientational relaxation in anionic form of o-tosylaminobenzaldehyde was detected. The mechanism of anionic form fluorescence quenching at the addition of the base in a protic solvent is proposed. It consists in the intermolecular proton transfer from the protonated base to oxygen atom of aldehyde group followed by the internal rotation of C(H)OH-group.     

黄芩素激发态分子内质子转移耦合电荷转移反应的实验和理论研究

通过稳态光谱实验和量子化学计算相结合,研究了黄芩素激发态质子转移耦合电荷转移的反应. 实验和计算中S₁态吸收峰的缺失表明S₁态是暗态. S₁暗态导致在实验中观察不到黄芩素在乙醇溶液中的荧光峰,且固体的荧光峰很弱. 黄芩素分子的前线分子轨道和电荷差异密度表明S₁态是电荷转移态,然而S₂态是局域激发态. 计算的黄芩素分子的势能曲线在激发态只有一个稳定点,这表明了黄芩素激发态分子内质子转移的过程是一个无     

Ground and Excited States Proton Transfer Reactions of 1,8-Diaminonaphthalene in Perchloric Acid Solutions

The proton-transfer reaction of 1,8-diaminonaphthalene (1,8-DAN) in acidic medium was studied by means of fluorescence and picosecond spectroscopic techniques. It has been found that there are three different forms of 1,8-DAN in the ground state, but only two different forms in the excited state. The absorption of the mono-cation form of 1,8-DAN is found to be a mixture of the neutral form and the di-cation form. However, the emission is found to be the same as the neutral form, due to the fast dissociation of the mono-cation form once it is excited. The fluorescence of the mono-cation form of 1,8-DAN shows a small shift under different excitation wavelengths. The di-cation form only fluoresces if no free water cluster is available as a proton acceptor. The reaction in the excited state is shown to be a diabatic quenching reaction. With the help of quantum yields and fluorescence lifetime measurements these results are interpreted in terms of a new photochemical scheme. All dissociation and quenching rate constants, pK_a and k_q, have been determined.     

采用密度泛函理论研究二甲基胺-二苯甲酮的分子内电荷转移激发态氢键

利用(含时)密度泛函理论研究了二甲基胺-二苯甲酮(DMABP)及其氢键二聚物DMABP-MeOH的光物理性质和弛豫动力学过程. 结果表明,在非极性和非质子性溶剂中,DMABP分子的第一和第二激发态跃迁同时具有局域激发和分子内电荷转移的特征;在极性质子性溶剂中,分子间氢键C=O…H-O的形成增加了这两个最低激发态之间的能量差,使DMABP-MeOH的第一激发态具有较强极性的分子内电荷转移特性. 通过计算DMABP和DMABP-MeOH分子的激发态构型弛豫势能曲线研究了激发态动力学弛豫过程. 结果表明,通过扭     

3发色团激发态分子内质子转移机理的研究

采用密度泛函(DFT)和含时密度泛函理论(TDDFT)方法对一种新合成的发色团(3)在非质子性溶剂DMSO中的激发态分子内质子转移机制进行了理论研究.基于3发色团的基态和激发态优化结构,计算得到了该发色团中与氢键相关的键长和键角的大小,以及与氢键相连接的O-H键红外振动光谱,发现分子内氢键在激发态下有增强的趋势.理论计算得到的吸收谱和荧光谱的峰值与实验测得的结果吻合得很好,证明了所采用的理论方法的正确性与合理性.最终,通过对该发色团的分子内电荷转移与电荷分布的分析,证实了激发态分子内质子转移发生的可能性,并说明了其转移过程的发生机制.     

3发色团激发态分子内质子转移机理的研究

采用密度泛函(DFT)和含时密度泛函理论(TDDFT)方法对一种新合成的发色团(3)在非质子性溶剂DMSO中的激发态分子内质子转移机制进行了理论研究.基于3发色团的基态和激发态优化结构, 计算得到了该发色团中与氢键相关的键长和键角的大小, 以及与氢键相连接的 O-H键红外振动光谱, 发现分子内氢键在激发态下有增强的趋势. 理论计算得到的吸收谱和荧光谱的峰值与实验测得的结果吻合得很好, 证明了所采用的理论方法的正确性与合理性. 最终, 通过对该发色团的分子内电荷转移与电荷分布的分析, 证实了激发态分子内质子转移发生的可能性, 并说明了其转移过程的发生机制.     

2-(2''''-羟基苯基)间氮杂氧茚放大的自发辐射效应的实验和理论研究

报道了在氮分子激光泵浦下，激发态分子内质子转移分子2－（2＇－羟基苯基）间氮杂氧茚（HBO）环乙烷溶液放大的自发辐射（ASE）实验和理论研究。在环己烷溶液中，HBO的增益系数α（510um）约为1．2cm-1。在建立了HBO激发态分子内质子转移（ESIPT）的放大的自发辐射动态模型基础上，通过数值模拟得到了HBO的增益光谱和放大的自发辐射光谱，计算结果与实验很好相符，证实了HBO的酮式异构体的基态寿命更接近于260ns而非亚纳秒级。     

激发态分子内质子转移分子2－（2′－羟基苯基）间氮杂氧茚“染料”激光特性的实验和理论研究

报道了以Ｎ２激光为泵浦光源，获得激发态分子内质子转移（ＥＳＩＰＴ）分子ＨＢＯ的激光输出现象。其激光转换效率约为１７％，调谐范围为４９５～５４０ｎｍ，最强的输出波长在５１０ｎｍ。以ＨＢＯ的激发态分子内质子转移的光物理和光化学过程为基础，建立了ＨＢＯ产生激光的动态模型，数值模拟了在宽带和窄带情况下激光输出的光谱特性和时间特性，理论计算值与实验观测值很好相符，同时证实了激发态分子内质子转移分子的激光脉冲宽度依赖于激发态分子内质子转移分子的酮式异构体的基态Ｓ′０的寿命     

噁唑体系激发态质子转移和失活的理论研究

利用高精度的CASSCF和MS-CASPT2电子结构计算方法系统地研究了2-(2'-羟基苯基)-4-甲基噁唑的光物理和光化学机理. 在CASSCF级别,首先优化得到势能面极小结构和圆锥交叉结构,及激发态质子转移、异构化、和失活的极小能量路径. 然后用MS-CASPT2方法对所有得到的结构和能量路径进行单点能量校正,我们发现在含有OH…N氢键的构象异构体中,激发态质子转移基本上是一个无垒的过程;在含OH…O 氢键的构象异构体中,激发态质子转移被抑制了. 此外,找到两个能量较低的酮式S₁/S₀圆锥交叉结构,使得激发态质子转移生成的S₁酮式结构可以很快失活到达基态. 但是,醇式S₁/S₀圆锥交叉结构能量较高,抑制了S₁醇式结构的激发态失活.