2-（2′-羟基苯基）-5-苯基-1，3，4-噁二唑及其“O/NH”和“O/S”衍生物的分子内质子转移和旋转过程理论研究

摘要

分子内质子转移反应由于其在化学和生物化学领域的重要性而在实验和理论上都引起了广泛的重视。实验结果表明2-(2′-羟基苯基)-5-苯基-1，3,4-噁二唑(HOXD)在第一单重激发态(S<,1>)发生激发态分子内质子转移反应(ESIPT)而产生双荧光现象。在第一三重激发态(T<,1>)它还可以发生逆向的ESIPT而使T<,1>态烯醇式发射磷光。因此可以有效地提高发光效率，这正符合对平面显示技术中的有机发光二极管的要求。本文对HOXD及其O/“NH”和O/“S”衍生物：2-(2′-羟基苯基)-5-苯基-1，3,4-三唑(HOT)和2-(2′-羟基苯基)-5-苯基-1，3,4-硫代二唑(HOTD)在基态(S<,0>)和激发态(S<,1>和T<,1>)的分子内质子转移，旋转过程及光学性质进行了理论研究，主要研究结果如下： 对HOXD在S<,0>，S<,1>和T<,1>态的分子内质子转移(顺-烯醇式→酮式)和旋转过程(顺-烯醇式→反-烯醇式) 及其光学性质进行了理论研究并与实验结果进行比较。用HF和DFT方法优化基态结构，用CIS方法优化激发态结构，优化使用的基组是6-31G*和6-31G**。为了引入动力学电子相关，分别在DFT和TD-DFT水平下计算基态和激发态单点能，使用的范函是B3LYP，基组是6-31+G**。结果表明高的正向能垒阻止了S<,0>态分子内质子转移反应，而S<,1>态的ESIPT因小的能垒而易于发生。在T<,1>态，发生逆向ESIPT(酮式→顺-烯醇式)。顺-烯醇式和反-烯醇式在S<,0>态可以共存，而两者在S<,1>态的相互转化由于高的能垒而不可行。所有的理论结果都与实验结果一致。此外，还用TDDFT方法对分子的光学性质进行了研究。结果发现 TD-B3LYP/6-31+G**预测的吸收(λ<,abs>)和荧光发射波长(λ<,fl>)与实验值很好地吻合，却低估了磷光跃迁能。而用B3LYP/6-31+G**计算的磷光发射波长(λ<,ph>)与实验值相符。 用已选定的最合适的方法和基组来研究HOT和HOTD的质子转移、旋转过程以及光谱性质。结果表明衍生物中质子转移反应在S<,0>态是不可行的，而在S<,1>态能量上有利，且能垒顺序是：HOXD>HOT>HOTD。HOTD与HOXD相同，在T<,1>态发生逆向ESIPT，且O/“S”取代降低了此过程的能垒。三个分子在S<,0>态的旋转过程是可以发生的，但在S<,1>态高的能垒而使得此过程难以发生。对HOT 和HOTD的光学性质的研究表明：HOT的λ<,abs>和λ<,fl>相对于HOXD发生蓝移，而HOTD的λ<,abs>，λ<,fl>和λ<,ph>相对于HOXD发生红移。O/“S”取代对顺-烯醇式的吸收，反-烯醇式和酮式的发射的影响更大，O/“NH”对反-烯醇式的吸收的影响更大。O/“S”取代对λ<,ph>的影响比对λ<,abs>和λ<,fl>的影响更大。在B3LYP/6-31+G**木水平下预测的HOTD的λ<,ph>比HOXD发生了101 nm的红移，HOTD可以作为新型电致磷光材料的候选者。对于HOT，由于在T<,1>态酮式比顺．烯醇式稳定，所以观察到其磷光发射的可能性是很小的。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引 言

一、氢键的概念及扩展

二、生物体系中的质子转移过程

三、分子内质子转移反应

(一)分子内质子转移反应的特征及用途

(二)ESIPT分子的三种势能面情况

(三)质子转移反应的研究进展

四、本论文的意义及研究内容

参考文献

第二章理论基础和计算方法

一、量子化学计算方法

(一)从头算自洽场方法

(二)从头算后自洽场方法

(三)密度泛函理论

(四)含时密度泛函理论

二.光化学基本原理

(一)基态和激发态

(二)单重和三重激发态

(三)选择定则

(四)激发态的衰减

三.势能面(Potential Energy Surface)

四.内禀反应坐标理论

五过渡态理论

(一)传统过渡态理论

(二)变分过渡态理论

参考文献

第三章2-(2'-羟基苯基)-5-苯基-1,3,4-噁二唑的分子内质子转移和旋转过程理论研究

一、引言

二、计算方法

三、结果与讨论

(一)分子内质子转移

(二)旋转过程

(三)电子跃迁

四、结论

参考文献

第四章2-(2'-羟基苯基)-5-苯基-1,3,4-噁二唑的“O/NH”和“O/S”衍生物分子内质子转移和旋转过程的理论研究

一、引言

二、计算方法

三、结果与讨论

(一)分子内质子转移

(二)旋转过程

(三)电子跃迁

四、结论

参考文献

附 录

致 谢

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