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氟硼二吡类pH荧光探针PET光谱特性的理论计算
  • ISSN号:1000-6818
  • 期刊名称:《物理化学学报》
  • 时间:0
  • 分类:O641[理学—物理化学;理学—化学]
  • 作者机构:[1]辽宁师范大学化学化工学院功能材料化学研究所,辽宁大连116029, [2]大连理工大学,精细化工国家重点实验室,辽宁大连116012
  • 相关基金:精细化工国家重点实验室(大连理工大学)开放课题基金(KF0907)资助项目
中文摘要:

氟硼二吡咯(BODIPY)类pH荧光探针分子是基于光诱导电子转移(PET)的荧光探针分子,识别基团氮原子上引入不同取代基可呈现不同的光学灵敏度.本文应用密度泛函理论(DFT)及含时密度泛函理论(TD-DFT)方法对六种含不同取代基的探针分子进行了几何构型优化及激发态计算,探讨了不同取代基对PET效应影响.计算结果表明:基态时这些探针分子的最高占有分子轨道(HOMO)和最低未占有分子轨道(LUMO)都在荧光母体BODIPY的丌,矿轨道,而识别基团上氮原子孤对电子所在的轨道为HOMO-1轨道.但是在激发态,当氮原子上有两个取代基时,HOMO-1→LUMO跃迁的激发能都小于荧光团的HOMO—LUMO跃迁,这将有可能产生PET效应并导致荧光熄灭,而当氮原子上有一个取代基时不会出现这种现象.通过激发态结构优化可以发现,无论识别基团氮原子上有一个还是两个取代基,N原子的轨道对称性都发生变化,由Sp^3→Sp^2,孤对电子占据在P轨道上,其轨道能级升高至荧光团的HOMO和LUMO轨道之间,将导致不同程度的PET效应,与实验结果一致.

英文摘要:

4,4-Difluoro-4-bora-3a,4a-diaza-s-indacene (BODIPY) fluorescent pH probes are fluorescent sensors and switchers based on photo-induced electron transfer (PET) mechanism. From experimental studies, different substituents on the amino nitrogen are known to result in variable photo sensitivities. Density functional theory (DFT) and time-dependent density functional theory (TD-DFT) calculations are used to optimize the structures of six different BODIPY probe molecules with different substituted amines, and to study their exited states. In the ground state, the highest occupied molecular orbital (HOMO) and the lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) of the probe molecules are located on the rr and π* orbitals of the BODIPY dye, and the lone pair electrons from the amino nitrogen form the HOMO-1 orbital. In the first exited state, for the probes with two substituent groups on the amino nitrogen, the HOMO-1→ LUMO transition has a smaller emission energy than that of the HOMO→LUMO transition in the BODIPY host, which may induce the PET effect and quench the fluorescence. After the geometry optimization of the exited states, irrespective of whether one or two groups are linked on the amino nitrogen, the orbital symmetry of the nitrogen atom changes from sp^→sp^2, and the lone pair electrons occupy the p orbital situated between the HOMO and LUMO of BODIPY, resulting in the PET effect. The calculated results are in good agreement with the experimental results.

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期刊信息
  • 《物理化学学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:北京大学化学与分子工程学院承办
  • 主编:刘忠范
  • 地址:北京大学化学楼
  • 邮编:100871
  • 邮箱:whxb@pku.edu.cn
  • 电话:010-62751724
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-6818
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1892/O6
  • 邮发代号:82-163
  • 获奖情况:
  • 中文核心期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),英国英国皇家化学学会文摘,中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:24781