苯甲硫醚及其衍生物激发态势能面的交叉动力学研究

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锥形交叉在光诱导化学反应中起了关键性的作用,在过去的二十几年里理论计算和实验均付诸实施其目的在于探究锥形交叉在各种化学反应过程中所起的作用。例如DNA的超快无辐射衰变的过程以及光解离的过程等等。共振拉曼光谱是研究激发态势能面交叉动力学强有力的手段之一,它通过获取反应坐标来研究F-C区域势能面交叉动力学,它为激发态的衰变机理做出了巨大贡献。近几年来,苯甲硫醚类化合物的应用非常广泛。本文采用共振拉曼光谱的技术,结合量子化学计算,研究了苯甲硫醚、2-甲氧基苯甲硫醚、4-甲基苯甲硫醚、2-氰基苯甲硫醚和4-氰基苯甲硫醚化合物分别在不同溶剂中的1ππ*态结构动力学。通过考察这类苯甲硫醚化合物S(ππ*)-S(πσ*)耦合机制,取得的研究结果如下:(1)获得了苯甲硫醚在环己烷、乙腈和甲醇溶剂中的电子吸收光谱。获取了两个带A-带和B-带,并获得了不同波长的共振拉曼光谱。计算表明A-带和B-带电子吸收的跃迁主体为π→π*,其中C1-C2和C4-C5对称伸缩缩振动(ν8)、环的呼吸振动(ν21)、苯环上C-H的面内摆动(ν16)和C3-S的伸缩振动+苯环上C-H的面内摆动(ν19)在两个带中均占据了绝大部分。这表明苯甲硫醚的Sπ态结构动力学主要沿C-C伸缩振动、环的呼吸振动、环上C-S伸缩振动以及苯环上C-H的面内摆动等反应坐标展开,并通过理论计算和实验的对照得出ν23和ν24的出现是与S(ππ*)与S(πσ*)的锥形交叉有关。(2)获得2-甲氧基苯甲硫醚在环己烷、乙腈和甲醇溶剂中的电子吸收光谱,获取了两个带A-带、B-带和C-带,并获得了不同波长的共振拉曼光谱。理论计算表明B-带和C-带吸收的跃迁主体为π→π*,而A-带在共振拉曼中有荧光出现,其中C2-C3和C5-C6对称伸缩缩振动(ν11)、苯环的呼吸振动(ν29)、环上C-H面内摇摆(ν23)占据了共振拉曼光谱强度的绝大部分。这表明2-甲氧基苯甲硫醚的Sπ态结构动力学主要沿C-C伸缩振动、苯环的呼吸振动和环上C-H面内摇摆等反应坐标展开,并通过理论计算和实验的对照得出ν38和ν40的出现是与S(ππ*)与S(πσ*)的锥形交叉有关。(3)获得了4-甲基苯甲硫醚在环己烷、乙腈和甲醇溶剂中的电子吸收光谱,获取了两个带A-带和B-带,并获得了不同波长的共振拉曼光谱。理论计算表明A-带和B-带的主特征是π→π*的跃迁,其中C2-C3和C5-C6对称伸缩缩振动(ν11)、C-S伸缩振动(ν26)、环变形振动(ν39)、环上C-H面内摇摆(ν24)、环呼吸振动(ν36) υ40(C1-S7-C8对称伸缩振动)、υ37(C1-S7-C8非对称称伸缩振动)等它们占据了共振拉曼光谱强度的绝大部分,这说明4-甲基苯甲硫醚的Sπ态结构动力学主要沿C-C伸缩振动、环的变形以及呼吸振动和环上C-H面内弯曲摆动等反应坐标展开,并通过理论计算和实验的对照得出ν37和ν40的出现是与S(ππ*)与S(πσ*)的锥形交叉有关。(4)获得了2-氰基苯甲硫醚在环己烷、乙腈和甲醇溶剂中的电子吸收光谱,获取了三个带B-带、C-带和A-带,并获得了不同波长的共振拉曼光谱。理论计算表明B-带和C-带的主特征是π→π*的跃迁,其中C2-C3和C5-C6对称伸缩缩振动(ν8)、环上C-H面内弯曲振动(ν20)、环变形振动(ν14)等它们占据了共振拉曼光谱强度的绝大部分,这说明2-氰基苯甲硫醚的Sπ态结构动力学主要沿苯环上C-C之间的对称伸缩振动、环的变形振动和环上C-H面内弯曲摆动等反应坐标展开,并通过理论计算和实验的对照得出ν23和ν24的出现是与S(ππ*)与S(πσ*)的锥形交叉有关。(5)获得了4-氰基苯甲硫醚在环己烷、乙腈和甲醇溶剂中的电子吸收光谱,获取了覆盖紫外光谱中A-带、B-带吸收的的共振拉曼光谱,并获得了不同波长的共振拉曼光谱。理论计算表明A-带和B-带的主特征是π→π*的跃迁,其中C2-C3和C5-C6对称伸缩缩振动(ν8)、环上C-H面内弯曲振动(ν17)和环上C-S伸缩振动(ν19)等它们的基频、泛频和合频占据了共振拉曼光谱强度的绝大部分,这说明4-氰基苯甲硫醚的Sπ态结构动力学主要沿苯环上C-C之间的对称伸缩振动、环上C-S伸缩振动和环上C-H面内弯曲振动等反应坐标展开,并通过理论计算和实验的对照得出ν23和ν25的出现是与S(ππ*)与S(πσ*)的锥形交叉有关。
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