论文部分内容阅读
具有活泼氢(如OH和NH基团)的羰基分子,通过两个羰基分子(二聚体)之间或羰基分子与溶剂分子(簇)之间的相互作用所形成的分子间氢键已被广泛研究。2-噻吩甲醛(2TC)是一种不含OH或NH基团的杂环芳香型含羰基分子。并且在纯液体和稀溶液中,它在C=O区的振动光谱上谱带不尽相同。因此,本文利用拉曼光谱、紫外吸收光谱和密度泛函理论(DFT)计算,研究了2TC分子聚集对C=O伸缩模振动频率的影响。同时,研究了2TC在Frank-Condon区域的激发态结构力学特征。另外,本文研究了5-硝基-2-噻吩甲醛(NTC)分子聚集对C=O伸缩模振动频率的影响及其在Frank-Condon区域的激发态结构力学特征。获得如下研究结果:(1)2-噻吩甲醛(2TC)有两种构象异构体cis-2TC/trans-2TC。基态禁阻cis-2TC异构化为trans-2TC,cis-2TC是主要的异构体。分子间氢键弱相互作用促进了二聚体、三聚体和四聚体的形成。单体、二聚体、三聚体和四聚体共存于纯液中,而单体是稀溶液中的主要组分。溶剂的极性或C=O键上的电荷密度对单体的C=O伸缩振动频率有显著影响。2TC浓度对分子聚集有显著影响。在极性溶剂(如乙腈和二恶烷)中,四聚体、三聚体、二聚体和单体的相对数量取决于溶液浓度。在中等或稀浓度下,2TC溶剂团簇或二聚体是主要组分,而在较浓的溶液中,三聚体和四聚体占主导地位。(2)测得2TC在乙腈和环己烷中两个强吸收带(分别被称为A带和B带)的最大吸收波长。采用245.9、252.7、282.4和299.1 nm的激发光获得了共振拉曼光谱,并进行了强度分析。研究结果显示在两种溶剂中2TC将在Franck-Condon区域上呈现不同的结构动力学特征。比如,2TC在乙腈溶剂中B带S3态主要沿着C4C3/C2C1伸缩振动+H6C2C3面内弯曲振动?6(|(35)i|=0.56,?i=238 cm-1)等运动展开。2TC在环己烷溶剂中B带S3态主要沿着C4C3/C2C1伸缩振动+H6C2C3面内弯曲振动?6(|(35)i|=0.56,?i=238 cm-1),O10C9伸缩振动?5(|(35)i|=0.48,?i=195 cm-1)运动展开,并伴随有其他振动。前者乙腈溶剂中,2TC总振动重组能为776 cm-1,后者环己烷溶剂中2TC总振动重组能为876 cm-1。两者相近,并且都将大多数振动重组能分配到噻吩环上。这表明,2TC S3态几何结构的变化,除主要沿噻吩环骨架振动外,C=O也经历了较大变化。(3)2TC在乙腈溶剂中A带S2态主要沿着O10C9伸缩振动?5(|(35)i|=0.56,?i=263cm-1),C4C3/C2C1伸缩振动+H7C3C4/H11C9O10面内弯曲振动?7(|(35)i|=0.61,?i=263cm-1),C4C3/C2C1伸缩振动+H7C3C4/H8C4S5/H11C9O10面内弯曲振动?9(|(35)i|=0.45,?i=135 cm-1),S5C4伸缩振动+O10C9C1/C4C3C2/C3C2C1面内弯曲振动?18(|(35)i|=0.58,?i=127 cm-1),S5C4伸缩振动+S5C4C3/O10C9C1/C9C1S5面内弯曲振动?20(|(35)i|=0.62,?i=128 cm-1),运动展开。2TC在环己烷溶剂中A带S2态主要沿着C4C3/C2C1伸缩振动+H7C3C4/H11C9O10面内弯曲振动?7(|(35)i|=0.7,?i=347 cm-1),O10C9伸缩振动?5(|(35)i|=0.6,?i=304 cm-1)运动展开,并伴随有C4C3/C2C1伸缩振动+H7C3C4/H8C4S5/H11C9O10面内弯曲振动?9(|(35)i|=0.5,?i=167 cm-1),S5C4伸缩振动+S5C4C3/O10C9C1/C9C1S5面内弯曲振动?20(|(35)i|=0.62,?i=128 cm-1),S5C4伸缩振动+O10C9C1/C4C3C2/C3C2C1面内弯曲振动?18(|(35)i|=0.49,?i=91 cm-1)。由于在ACN(∑?i=916 cm-1)中比在CHX(∑?i=1231 cm-1)中总的振动重组能减小,说明ACN使得2TC的激发态寿命比在CHX中变得更短。(4)利用密度泛函理论计算,确认基态5-硝基-2-噻吩甲醛(NTC)的存在形式以cis-NTC为主。结合密度泛函理论计算,对紫外吸收光谱的A带和B带进行了指认。获取了FT-IR、FT-Raman及273.9、282.4、299.1、309.1、319.9、341.5 nm下的共振拉曼光谱。光谱指认结果显示,纯固态的5-硝基-2-噻吩甲醛主要由cis-NTC组成。我们分析NTC的拉曼光谱,最终认为NTC初始的结构动力学主要沿S3(?H-1?L*,A’)势能面展开,并且在FC区域不存在明显的S3S1振动耦合。