Substituent control of dynamical process for excited state intramolecular proton transfer of benzothiazole derivatives

化学 激发态 分子内力 含时密度泛函理论 密度泛函理论 苯并噻唑 轨道能级差 光化学 氢键 分子轨道 基态 计算化学 分子 原子物理学 立体化学 有机化学 物理
作者
Sujun Ji,Zhiling Ding,Jinfeng Zhao,Daoyuan Zheng
出处
期刊:Chemical Physics [Elsevier BV]
卷期号:560: 111568-111568 被引量:8
标识
DOI:10.1016/j.chemphys.2022.111568
摘要

Using density functional theory (DFT) and time-dependent density functional theory (TDDFT) methods, in this work, the excited state intramolecular proton transfer (ESIPT) mechanisms of 2-(2′-hydroxyphenyl)benzothiazole (HBT) derivatives obtained by switching the ortho-position functional group of the hydroxyl group have been investigated. Analysis of bond parameters, bond energy, and infrared (IR) vibrational spectra show that hydrogen bonds are enhanced in the first excited state. The core-valence bifurcation (CVB) index and bond critical point (BCP) parameters are further applied to evaluate hydrogen bonds. The maximum absorption and emission peaks of molecules mainly originate from the transition of electrons from the highest occupied molecular orbital (HOMO) to the lowest unoccupied molecular orbital (LUMO). Exploring potential energy curves (PECs) and transition state (TS) energy profiles, we clarify the ultrafast ESIPT behavior of HBT and its derivatives are easier in the excited state. It is clarified that the HBT derivatives in the excited state with electron withdrawing group at the ortho-position weaken the intramolecular hydrogen bond OH···N, while are not conducive to the ESIPT process. And the electronic effect of the substituents can be employed to adjust the emission of the fluorophore from blue to near-infrared. The calculated results also show that the enol form is stable in the ground state, while the keto form is the main conformation in the excited state.
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