芳香羰基化合物光反应动力学及其调控的实验和理论研究

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本文采用量子化学计算获得芳香羰基化合物的优化几何结构及其振动频率等,结合FT-IR和Fr-Raman实验对芳香羰基化合物的振动频率进行指认,再采用共振拉曼强度拟合技术获得芳香羰基化合物的光反应动力学参数,分析了芳香羰基化合物在Franck-Condon区域内的短时光反应动力学,探讨了取代基效应和溶剂效应对芳香羰基化学合物光反应动力学的影响,在以下几方面做出了贡献: (1)通过对苯乙酮在Franck-Condon区域内短时光反应动力学的分析,本文预测S3态苯乙酮可能通过内转换由S3/S2势能面交叉点进入S2态。 (2)通过对苯甲酰胺短时光反应动力学的研究和势能面优化几何构型的获得,本文预测S3态苯甲酰胺通过内转换由势能面交叉点S3/S2到S2态势能面,结合方维海教授等人采用CASSCF方法研究S2态苯甲酰胺光解离过程的成果,完善了S3态苯甲酰胺光解离的复杂光物理和光化学过程。 (3)通过对比邻硝基苯乙酮、对硝基苯乙酮和苯乙酮的光反应动力学信息,本文获得以下结论:首先,邻硝基苯乙酮比对硝基苯乙酮的振动重组能小。其次,从-C-CO-CH3简正模的振动形式上分析,邻硝基苯乙酮的光解不能够发生在Franck-Condon区域,对硝基苯乙酮的光解可能发生在Franck-Condon区域。再次,从邻硝基苯乙酮、对硝基苯乙酮和苯乙酮中-NO2与>COCH3振动重组能的分配和电子跃迁的性质上分析,-NO2比>COCH3具有更强的光反应定位性。最后,从邻硝基苯乙酮和对硝基苯乙酮的C=O伸缩振动模位移量|△|和振动重组能λC=o上分析,硝基不同位置的取代作用不仅影响了C=O伸缩振动模振动重组能的分配,还改变了C=O伸缩振动激发态势能面与电子转移势能面的相对位移。这可能是因为硝基对苯乙酮的取代位置不同,所以在对硝基苯乙酮和邻硝基苯乙酮中硝基与-Ph-COCH3分别形成了各自的共轭体系,并且邻硝基苯乙酮的-COCH3和-NO2之间存在着很强的诱导作用。因此取代基效应可能是导致它们光反应动力学有所区别的原因。 (4)获得苯甲酰胺在Franck-Condon区域内短时光反应动力学信息,我们发现羰基在苯甲酰胺中分配的振动重组能相对较小,而C=O键键长在S3/S2交叉点和S0结构中却发生了相对较大的变化。这可能是因为C=O伸缩振动模在脱离Franck-Condon区域后弛豫耗散了能量。这不仅导致C=O键键长变长,还导致C-N键键长变短。所以羰基的活性可能是苯甲酰胺光解离动力学的控制因素。同时苯甲酰胺在乙腈溶液中C=O伸缩振动模是活性的,而在甲醇溶液中C=O伸缩振动模是非活性的或者活性非常弱。这说明苯甲酰胺在不同的溶剂中C=O的键长发生了相应的变化。这可能是因为甲醇分子能与苯甲酰胺形成H键,从而影响了C=O伸缩的振动和C-NH2伸缩振动,使振动重组较多地分配到苯环的伸缩振动上和改变溶质分子吸收带的位置及其强度。所以溶剂效应对羰基活性的影响可能是光反应动力学的调控因素。
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