CPL Signal Inversion in Aza‐[7]Helicene Derivatives: Theoretical Insight into Pyridine Nitrogen Position and Protonation Effects

螺旋烯 质子化 吡啶 化学 分子 密度泛函理论 光化学 轨道能级差 发光 含时密度泛函理论 荧光 化学物理 计算化学 材料科学 光电子学 物理 有机化学 离子 量子力学
作者
Ran Wei,Jia Tang,Yan Liu,Hang Su,Hua Wang,Zhiying Ma,Zhitao Shen
出处
期刊:ChemPhysChem [Wiley]
标识
DOI:10.1002/cphc.202500106
摘要

Designing molecules that can produce controllable circularly polarized luminescence (CPL) and achieve CPL signal inversion is challenge. While CPL switches can be achieved by modifying chiral molecules’ structures or using external stimuli (e.g., concentration, temperature, solvent, pH), a quantitative framework for modulating CPL signals, especially for inversion, remains absent. In this study, we presented a theoretical approach combining density functional theory (DFT), time‐dependent DFT, and thermal vibration correlation function theory to investigate the effects of pyridine nitrogen positions and protonation on the CPL performance of the aza‐[7]helicene skeleton. Our findings show that protonation markedly narrows the HOMO‐LUMO gap, enhancing electronic properties and optoelectronic potential. It also induces redshifts in fluorescence and CPL signal reversals, modulating optical properties and decay pathways. The HOMO‐LUMO transition is the main driver of spectral changes, with charge separation in protonated forms due to the pyridine group's electron‐withdrawing effect. The position of pyridine nitrogen and protonation state influence chiroptical parameters, altering CPL signals without changing molecular configurations, thus impacting optoelectronic applications. This study offers insights into the structure‐property relationship of aza‐[7]helicenes derivatives and their protonated forms, guiding the rational design of helicenes featuring pH‐triggered CPL switches, controllable CPL signals, and superior optoelectronics properties.
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