论文部分内容阅读
在溶液中,溶质与溶剂分子间的相互作用在有机分子和生物体系的光化学过程中起到根本的作用。分子间氢键,作为氢给体和氢受体分子间有特征位点的相互作用,则是一种非常重要的溶质溶剂间相互作用。此外,电子激发态的氢键动力学行为还可以强烈地影响氢键环境中的光物理、光化学、以及光生物学过程。比如,很多发光分子体系在质子化溶剂中会发生荧光淬灭现象,这主要是由于溶质溶剂分子间氢键的形成所致的。目前,时间分辨的超快光谱技术、激发态的量子化学计算以及激发态动力学实时模拟已经成为人们研究复杂分子体系激发态超快动力学三个主要手段。由于分子体系的复杂性,仅仅依靠时间分辨的光谱技术很难对复杂的激发态超快过程解释清楚,这就迫切的需要激发态的量子化学计算甚至动力学实时模拟来进一步加以解释。然而需要注意的是,复杂分子体系的激发态量子化学计算本身在当前还是件非常困难的事情。本论文主要使用量子化学理论计算的方法研究了氨基邻苯二甲酰亚胺体系的激发态氢键动力学以及对该体系光化学性质的影响。我们用含时密度泛函理论(TDDFT)方法研究了4-氨基邻苯二甲酰亚胺体系在水溶液中的电子激发态动力学。通过比较基态和激发态氢键的键长和与氢键相关的官能团的键长,以及监测参与形成氢键的官能团C=O、亚胺基N-H和H-O的红外光谱,我们认为氢键复合物4AP-(H2O)1,2中的分子间氢键C=O…H-O和N-H…O-H在电子激发态发生了加强。我们的研究支持了赵广久等人提出的激发态氢键增强机制,推翻了人们以前普遍认为的激发态氢键断裂机制。我们还研究了3-氨基邻苯二甲酰亚胺二聚体氢键复合物中的分子内和分子间氢键。我们使用含时密度泛函理论方法计算了该体系的激发态构型、电子光谱和红外光谱。研究发现3-氨基邻苯二甲酰亚胺二聚体氢键复合物在基态时具有对称结构,两个分子间氢键C1=O4…H7-N2’和C1’=O4’…H7-N2几乎是一样的,而两个分子内氢键C3=O5…H8-N6和C3’=O5’"’H8’-N6’也是一样的,但是在电子激发态这种对称结构被破坏了。分子间氢键C1=O4…H7’-N2’和分子内氢键C3=O5…H8-N6在电子激发态发生了加强,而另一个分子间氢键C1’=O4…H7-N2和另一个分子内氢键C3’=O5’…H8’-N6’几乎没有变化。重要的是,在电子激发态加强的氢键发生了激发态单质子转移反应,我们得到了3AP2氢键复合物的两个激发态异构体,这与其他的二聚体氢键复合物是完全不同的。我们认为,氢键在电子激发态的行为与激发态质子转移反应有密切的关系,激发态氢键加强能够引起激发态质子转移反应的发生。