Rationalization and Design of Enhanced Photoinduced Cycloreversion in Photochromic Dimethyldihydropyrenes by Theoretical Calculations

圆锥交点 激发态 光致变色 密度泛函理论 势能面 光化学 从头算 表面跳跃 戒指(化学) 化学 基态 计算化学 原子物理学 物理 有机化学
作者
Martial Boggio‐Pasqua,Marco Garavelli
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry A [American Chemical Society]
卷期号:119 (23): 6024-6032 被引量:23
标识
DOI:10.1021/jp5118773
摘要

This study presents a computational investigation of the initial step of the dimethyldihydropyrene (DHP) to cyclophanediene (CPD) photoinduced ring-opening reaction using time-dependent density functional theory (TD-DFT). In particular, the photochemical path corresponding to the formation of the CPD precursor (CPD*) on the zwitterionic state is scrutinized. The TD-DFT approach was first validated on the parent compound against accurate ab initio calculations. It confirms that CPD* formation is efficiently quenched in this system by an easily accessible S2/S1 conical intersection located in the vicinity of the CPD* minimum and leading to a locally excited state minimum responsible for DHP luminescence. Increased ring-opening quantum yields were observed in benzo[e]-fused-DHP (DHP-1), isobutenyl-DHP (DHP-2), and naphthoyl-DHP (DHP-3). The calculations show that CPD* formation is much more favorable in these systems, either due to an inversion of electronic states in DHP-1, suppressing the formation of the locally excited state, or due to efficient stabilization of CPD* on the S1 potential energy surface in DHP-2 and DHP-3. Both effects can be combined in a rationally designed benzo[e]-fused-naphthoyl-DHP (DHP-4) for which we anticipate an unprecedented efficiency.

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