Substituent derivatives of benzothiazole-based fluorescence probes for hydrazine with conspicuous luminescence properties: A theoretical study

分子内力 荧光 光化学 苯并噻唑 斯托克斯位移 自然键轨道 化学 取代基 氢键 分子轨道 分子 含时密度泛函理论 计算化学 密度泛函理论 立体化学 有机化学 物理 量子力学
作者
Yunjian Cao,Changjiao Shang,Zefei Zheng,Chaofan Sun
出处
期刊:Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy [Elsevier BV]
卷期号:279: 121449-121449 被引量:15
标识
DOI:10.1016/j.saa.2022.121449
摘要

In the present work, four probe molecules for detecting hydrazine have been designed based on the 2-(4-Acetoxy-3-benzothiazole-2-yl-phenyl)-4-methyl-thiazole- 5-carboxylic acid ethyl ester (HP1) to investigate the influence of the amino and cyano groups on the excited-state intramolecular proton transfer (ESIPT) behavior and photophysical properties. The changes in hydrogen bond strength indicate that the intramolecular hydrogen bond of all probe products is enhanced upon photoexcitation. Frontier molecular orbitals (FMOs) and natural bond orbital (NBO) reveal the driving force of ESIPT. In addition, the potential energy curves and transition state theory explain the reason for the single fluorescence phenomenon in the experiment. The simulated absorption and fluorescence spectra of HP1 and its product (HPP1) are completely consistent with the experimental results, which also verify the viewpoint. Meanwhile the cyano derivative HPP4 exhibits a larger Stokes-shift (201 nm) than that of HPP1 (145 nm) and has the same low energy barrier as HPP1. These excellent properties allow HPP4 to be a fluorescent probe with superior performance than the original molecule. In conclusion, this work can provide a theoretical basis for the design and synthesis of more sensitive fluorescent probes for the detection of hydrazine.
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