HPIP分子及其衍生物激发态分子内质子转移的理论研究

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激发态分子内质子转移(excited state intramolecular proton transfer,ESIPT)是指分子被激发到激发态后,激发态分子内质子从给体转移到受体的过程。对分子的ESIPT特性进行探究有助于人们认识其微观机制,设计和开发新型发光材料。我们分别利用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TDDFT)方法对分子进行计算,研究取代基位置和溶剂极性对2-(2’-hydroxyphenyl)imidazo-[1,2-a]-pyridine(HPIP)分子及其衍生物(5’Br-HPIP和6’Br-HPIP)激发态分子内质子转移特性的影响并且揭示其微观机制。我们对HPIP,5’Br-HPIP和6’Br-HPIP分子的ESIPT荧光特性进行理论研究。计算结果表明,不同的分子取代基位置会对分子ESIPT荧光特性产生不同的影响。相比于HPIP分子的ESIPT荧光峰值而言,5’Br-HPIP分子的ESIPT荧光峰值发生蓝移,而6’Br-HPIP的ESIPT荧光峰值则发生红移,并且5’Br-HPIP分子的荧光强度强于6’Br-HPIP分子荧光强度。电荷分布表明5’Br-HPIP分子内N1原子的电负性强于6’Br-HPIP分子内的N1原子,因此与6’Br-HPIP分子相比5’Br-HPIP分子内N1原子更容易吸引质子,意味着5’Br-HPIP分子更容易发生ESIPT过程。根据计算结果可知5’Br-HPIP分子的能级差大于6’Br-HPIP分子的能级差,所以5’Br-HPIP分子的ESIPT荧光峰值发生蓝移。此外,我们分别计算了6’Br-HPIP分子在水、四氢呋喃和甲苯溶剂中的ESIPT荧光特性。结果表明溶剂极性会对6’Br-HPIP分子的ESIPT荧光特性产生影响。随着溶剂极性的增加,分子的ESIPT荧光峰逐渐蓝移,并且荧光强度也随之增强。研究表明,溶剂极性增加能够导致6’Br-HPIP分子的能级差也相应的增大,因此6’Br-HPIP分子的ESIPT荧光峰值发生蓝移。并且随着溶剂极性增大,6’Br-HPIP分子内N1原子的电负性逐渐增强,更容易吸引质子,所以6’Br-HPIP分子在极性大的溶剂环境中更容易发生ESIPT过程。
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