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氢键复合物光化学性质的理论研究

作　者: 杨勇刚
导　师: 蒋凯；刘玉芳
学　校: 河南师范大学
专　业: 无机化学
关键词: 氢键光激发光化学密度泛函
分类号: O641.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

分子内同时含有供电子和吸电子基团的化合物近年来成为人们竞相研究的热点。这类化合物拥有典型的供电子和吸电子基团,经过一个π共轭的桥形成“D-π-A”结构。光激发后,它们通常会发生分子内电荷转移,该过程对周围的环境很敏感,由此引起了光化学和光生物研究者的浓厚兴趣,常被用来作为荧光探针以研究分子体系的微环境。光诱导的分子内电荷转移是了解D-π-A类化合物杰出的光学和电子特性的重要工具,因此分子内电荷转移激发态的研究为深入探索D-π-A类化合物结构与性质的关系提供了很好的帮助。我们首先研究了从海绵中提取的生物碱基naamine A,naamidine A和naamidine G,它们属于D-π-A类化合物。目前,国内外仅局限于其合成方法和药学性质研究,缺乏对其光学性质和结构的研究。我们运用密度泛函和含时密度泛函（TDDFT）理论方法研究了三者在基态和激发态的性质,给出了详细的结构信息及不同基团在光激发前后的构型变化。更为重要的是,在光激发后,不同基团之间通过氨基咪唑的核心发生了电荷转移。通过电子云和电荷分布在基态和激发态变化的分析,证明了三者的第一激发态（S₁态）均为分子内电荷转移态,为它们光化学及光物理性质的研究提供了参考。分子间氢键作用是一种常见且重要的分子间作用力,在溶液化学、生物分子识别等领域有广泛的研究。随着仪器设备的改进以及理论计算能力的增强,氢键的概念也得到了扩展,出现了一些新的概念:双氢键、金属氢键等。在氢键的研究中,对同时存在分子间氢键和双氢键的体系研究较少。我们用密度泛函理论研究了苯酚与二甲基硼烷氨的体系。通过结构和光谱分析,证明了二者分子间环状结构的存在,即在苯酚和二甲基硼烷氨分子间同时存在着氢键和双氢键。在光激发后,分子间氢键减弱而分子间双氢键得到加强,苯酚分子朝向硼烷部分移动。这些工作为我们研究储氢材料及其储氢机理提供了参考。随后,研究了2′-脱氧尿苷的酮类和烯醇类异构体以及烯醇类异构体的一水化物。首先,讨论了2′-脱氧尿苷的酮类及烯醇类异构体分子内氢键在基态和激发态的性质。通过对结构、红外谱图、电荷分布等性质的分析,证明了酮类异构体的分子内氢键在第一激发态减弱了,而烯醇异构体分子内氢键增强了,由此证实了分子构型及氢键取向对氢键在激发态性质的影响。另外,对于烯醇类异构体的一水化物,证明了:分子间氢键在光激发过程中减弱了,而分子内氢键变得更强;相对于单体而言,荧光得到加强。由此我们得出结论:在激发态,分子间氢键的减弱诱导了荧光的增强。这个结论与分子间氢键在激发态增强导致荧光猝灭的理论共同解释了溶质在溶剂中的荧光行为。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-20
  1.1 D-π-A 类化合物简介  10-11
  1.2 光化学及电子激发态过程的简介  11-13
    1.2.1 电子激发态过程简介  12-13
    1.2.2 光化学实验研究方法  13
  1.3 光化学中的分子间及分子内氢键  13-20
    1.3.1 氢键的性质  14-16
    1.3.2 双氢键的研究现状  16-20
第二章几种海绵类提取物激发态性质研究  20-30
  2.1 几种海绵类提取物简介  20
  2.2 计算方法  20-21
  2.3 结果与分析  21-27
  2.4 结论  27-30
第三章二甲基苯胺与苯酚体系内双氢键和氢键研究  30-36
  3.1 双氢键简介  30-31
  3.2 结果分析  31-35
  3.3 结论  35-36
第四章 2′-脱氧尿苷异构体及水化物研究  36-46
  4.1 氢键及2′-脱氧尿苷简介  36-37
  4.2 结果分析  37-44
  4.3 结论  44-46
第五章硫氢键激发态性质研究  46-54
  5.1 硫氢键简介  46
  5.2 结果与分析  46-51
  5.3 总结  51-54
第六章结论与展望  54-56
参考文献  56-64
致谢  64-65
攻读硕士学位期间的研究成果  65-66

氢键复合物光化学性质的理论研究

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