两个分子的激发态质子转移动力学的理论研究

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本论文基于两种能够发生激发态分子内质子转移的新型分子体系,采用密度泛函理论和含时密度泛函理论方法,使用B3LYP泛函以及TVZP基组对激发态分子内氢键动力学进行了深入的理论研究。首先,对氰基取代2-(2-羟苯基)苯并噻唑分子(HBT)的激发态分子内质子转移过程的影响进行了理论研究。计算发现在第一激发态的条件下,2-(2-羟苯基)苯并噻唑分子以及它的氰基取代衍生物的分子内氢键都明显的加强。然而,随着氰基取代的数目增多,分子内氢键的加强趋势明显的减弱。自然占据轨道(NPA)电荷分析也解释了这一现象。计算的结果表明:氰基基团的引入诱导了分子内电荷的转移,导致了在第一激发态分子内氢键的相互作用逐渐减弱。因此,随着氰基基团的介入,2-(2-羟苯基)苯并噻唑分子以及它的氰基取代衍生物的质子转移会变得很困难,这一结论与后面计算的三个分子的第一激发态势垒相一致。本论文解释了在第一激发态的条件下,氰基基团对2-(2-羟苯基)苯并噻唑分子以及它的衍生物的质子转移有阻碍作用,这将为氰基在药物分子设计中的应用带来新的理论支持。其次,基于密度泛函理论和含时变密度泛函理论方法,研究了8-羟基喹啉(HQ)和10-羟基苯并[h]喹啉(HBQ)的激发态分子内质子转移(ESIPT)过程。HQ的优化结构和红外振动光谱分析表明:分子内氢键在第一激发态中得到增强,但由于HBQ分子体系中苯环的影响,该结果不同于HQ分子系统。分子前线轨道(MOs)和Mulliken电荷分析解释了氢键强度的变化的本质是由于光激发后电荷的重新分布所导致的。势能曲线的扫描结果表明:HQ分子的质子转移过程只能在第一激发态下发生,而HBQ分子的质子转移过程可以在基态和第一激发态下发生。综上结果表明:在第一激发态下,苯环在HQ分子系统中可以改变分子内氢键(O-H…N)的强度,从而在一定程度上影响质子转移过程的发生。最后,总结了前面的工作并对以后的研究工作做了展望,将研究的重点集中到实际应用中,例如:氨硼烷类储氢材料的储氢机理,护肤品的防晒机理和药物设计合成等。
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