氟硼二吡咯类pH荧光探针PET光谱特性的理论计算

王凤娇 周丹红 左士颖 曹建芳 彭孝军

引用本文: 王凤娇, 周丹红, 左士颖, 曹建芳, 彭孝军. 氟硼二吡咯类pH荧光探针PET光谱特性的理论计算[J]. 物理化学学报, 2012, 28(07): 1645-1650. doi: 10.3866/PKU.WHXB201205083 shu
Citation:  WANG Feng-Jiao, ZHOU Dan-Hong, ZUO Shi-Ying, CAO Jian-Fang, PENG Xiao-Jun. Theoretical Calculations on the PET Property of BODIPY Fluorescent pH Probes[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2012, 28(07): 1645-1650. doi: 10.3866/PKU.WHXB201205083 shu

氟硼二吡咯类pH荧光探针PET光谱特性的理论计算

  • 基金项目:

    精细化工国家重点实验室(大连理工大学)开放课题基金(KF0907)资助项目 (大连理工大学)开放课题基金(KF0907)

摘要:

氟硼二吡咯(BODIPY)类pH荧光探针分子是基于光诱导电子转移(PET)的荧光探针分子, 识别基团氮原子上引入不同取代基可呈现不同的光学灵敏度. 本文应用密度泛函理论(DFT)及含时密度泛函理论(TD-DFT)方法对六种含不同取代基的探针分子进行了几何构型优化及激发态计算, 探讨了不同取代基对PET效应影响. 计算结果表明: 基态时这些探针分子的最高占有分子轨道(HOMO)和最低未占有分子轨道(LUMO)都在荧光母体BODIPY的π, π*轨道, 而识别基团上氮原子孤对电子所在的轨道为HOMO-1轨道. 但是在激发态, 当氮原子上有两个取代基时, HOMO-1→LUMO跃迁的激发能都小于荧光团的HOMO→LUMO跃迁, 这将有可能产生PET效应并导致荧光熄灭, 而当氮原子上有一个取代基时不会出现这种现象. 通过激发态结构优化可以发现, 无论识别基团氮原子上有一个还是两个取代基, N原子的轨道对称性都发生变化, 由sp3sp2, 孤对电子占据在p轨道上, 其轨道能级升高至荧光团的HOMO和LUMO轨道之间, 将导致不同程度的PET效应, 与实验结果一致.

English

    1. [1]

      (1) Hirano, T.; Kikuchi, K.; Urano, Y.; Nagano, T. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 6555. doi: 10.1021/ja025567p

      (1) Hirano, T.; Kikuchi, K.; Urano, Y.; Nagano, T. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 6555. doi: 10.1021/ja025567p

    2. [2]

      (2) Guo, B. C.; Peng, X. J.; Cui, A. J.;Wu, Y. K.; Tian, M. Z.;Zhang, L. Z.; Chen, X. Q.; Gao, Y. L. Dyes and Pigments 2007,73 (2), 206. doi: 10.1016/j.dyepig.2005.11.007(2) Guo, B. C.; Peng, X. J.; Cui, A. J.;Wu, Y. K.; Tian, M. Z.;Zhang, L. Z.; Chen, X. Q.; Gao, Y. L. Dyes and Pigments 2007,73 (2), 206. doi: 10.1016/j.dyepig.2005.11.007

    3. [3]

      (3) Gareis, T.; Huber, C.;Wolfbeis, O. S.; Daub. J. Chem. Commun.1997, 1717.(3) Gareis, T.; Huber, C.;Wolfbeis, O. S.; Daub. J. Chem. Commun.1997, 1717.

    4. [4]

      (4) Kollmannsberger, M.; Gareis, T.; Heinl, S.; Breu, J.; Daub, J.Angew. Chem. Int. Edit. 1997, 36, 1333. doi: 10.1002/anie.199713331(4) Kollmannsberger, M.; Gareis, T.; Heinl, S.; Breu, J.; Daub, J.Angew. Chem. Int. Edit. 1997, 36, 1333. doi: 10.1002/anie.199713331

    5. [5]

      (5) Baki, C. N.; Akkaya, E. U. J. Org. Chem. 2001, 66, 1512. doi: 10.1021/jo005706q(5) Baki, C. N.; Akkaya, E. U. J. Org. Chem. 2001, 66, 1512. doi: 10.1021/jo005706q

    6. [6]

      (6) Baruah, M.; Qin,W.; Basaric′, N.; Borggraeve,W. M. D.; Boens,N. J. Org. Chem. 2005, 70, 4152. doi: 10.1021/jo0503714(6) Baruah, M.; Qin,W.; Basaric′, N.; Borggraeve,W. M. D.; Boens,N. J. Org. Chem. 2005, 70, 4152. doi: 10.1021/jo0503714

    7. [7]

      (7) Qin,W.; Baruah, M.; Borggraeve,W. M. D.; Boens, N.J. Photochem. Photobiol. A 2006, 183, 190. doi: 10.1016/j.jphotochem.2006.03.015(7) Qin,W.; Baruah, M.; Borggraeve,W. M. D.; Boens, N.J. Photochem. Photobiol. A 2006, 183, 190. doi: 10.1016/j.jphotochem.2006.03.015

    8. [8]

      (8) Wu, Y.; Peng, X.; Guo, B.; Fan, J. L.; Zhang, Z. C.;Wang, J. Y.;Cui, A. J.; Gao, Y. L. Organic & Biomolecular Chemistry 2005,3 (8), 1387. doi: 10.1039/b501795e(8) Wu, Y.; Peng, X.; Guo, B.; Fan, J. L.; Zhang, Z. C.;Wang, J. Y.;Cui, A. J.; Gao, Y. L. Organic & Biomolecular Chemistry 2005,3 (8), 1387. doi: 10.1039/b501795e

    9. [9]

      (9) de Silva, S. A.; Loo, K. C.; Amorelli, B.; Pathirana, S. L.;Nyakirangáni, M.; Dharmasena, M.; Demarais, S.; Dorcley, B.;Pullay, P.; Salih, Y. A. J. Mater. Chem. 2005, 15 (27-28), 2791.doi: 10.1039/b502865e(9) de Silva, S. A.; Loo, K. C.; Amorelli, B.; Pathirana, S. L.;Nyakirangáni, M.; Dharmasena, M.; Demarais, S.; Dorcley, B.;Pullay, P.; Salih, Y. A. J. Mater. Chem. 2005, 15 (27-28), 2791.doi: 10.1039/b502865e

    10. [10]

      (10) Pond, S. J. K.; Tsutsumi, O.; Rumi, M.; Kwon, O.; Zojer, E.;Bredas, J. L.; Marder, S. R.; Perry, J.W. J. Am. Chem. Soc.2004, 126 (30), 9291. doi: 10.1021/ja049013t(10) Pond, S. J. K.; Tsutsumi, O.; Rumi, M.; Kwon, O.; Zojer, E.;Bredas, J. L.; Marder, S. R.; Perry, J.W. J. Am. Chem. Soc.2004, 126 (30), 9291. doi: 10.1021/ja049013t

    11. [11]

      (11) Pearson, A. J.; Xiao,W. J. Org. Chem. 2003, 68 (13), 5369. doi: 10.1021/jo030060y(11) Pearson, A. J.; Xiao,W. J. Org. Chem. 2003, 68 (13), 5369. doi: 10.1021/jo030060y

    12. [12]

      (12) Tian, M. Z.; Peng, X. J.; Fan, J. L.;Wu, Y. K. Chin. J. Anal. Chem. 2006, 34, S283. [田茂忠, 彭孝军, 樊江莉, 吴云扣. 分析化学, 2006, 34, S283.](12) Tian, M. Z.; Peng, X. J.; Fan, J. L.;Wu, Y. K. Chin. J. Anal. Chem. 2006, 34, S283. [田茂忠, 彭孝军, 樊江莉, 吴云扣. 分析化学, 2006, 34, S283.]

    13. [13]

      (13) Tian, M. Z.; Peng, X. J.; Feng, F.; Meng, S. M.; Fan, J. L.; Sun,S. G. Dyes and Pigments 2009, 81, 58. doi: 10.1016/j.dyepig.2008.09.004(13) Tian, M. Z.; Peng, X. J.; Feng, F.; Meng, S. M.; Fan, J. L.; Sun,S. G. Dyes and Pigments 2009, 81, 58. doi: 10.1016/j.dyepig.2008.09.004

    14. [14]

      (14) Tian, M. Z. Study of BODIPY and Rhodamine FluorescentProbes for Cations. Ph.D. Dissertation, Dalian University ofTechnology, Dalian, 2007. [田茂忠. BODIPY 和罗丹明类阳离子荧光探针的研究[D]. 大连: 大连理工大学, 2007.](14) Tian, M. Z. Study of BODIPY and Rhodamine FluorescentProbes for Cations. Ph.D. Dissertation, Dalian University ofTechnology, Dalian, 2007. [田茂忠. BODIPY 和罗丹明类阳离子荧光探针的研究[D]. 大连: 大连理工大学, 2007.]

    15. [15]

      (15) Chen, Y. T.;Wang, H. L.;Wan, L.; Bian, Y. H.; Jiang, J. H.J. Org. Chem. 2011, 76, 3774. doi: 10.1021/jo200050a(15) Chen, Y. T.;Wang, H. L.;Wan, L.; Bian, Y. H.; Jiang, J. H.J. Org. Chem. 2011, 76, 3774. doi: 10.1021/jo200050a

    16. [16]

      (16) Zhang, X.; Chi, L. N.; Ji, S. M.;Wu, Y. B.; Song, P.; Han, K. L.;Guo, H. M.; James, T. D.; Zhao, J. Z. J. Am. Chem. Soc. 2009,131, 17452. doi: 10.1021/ja9060646(16) Zhang, X.; Chi, L. N.; Ji, S. M.;Wu, Y. B.; Song, P.; Han, K. L.;Guo, H. M.; James, T. D.; Zhao, J. Z. J. Am. Chem. Soc. 2009,131, 17452. doi: 10.1021/ja9060646

    17. [17]

      (17) Han, F.; Chi, L.; Liang, X.; Ji, S.; Liu, S.; Zhou, F.;Wu, Y.; Han,K.; Zhao, J.; James, T. D. J. Org. Chem. 2009, 74, 1333. doi: 10.1021/jo8025669(17) Han, F.; Chi, L.; Liang, X.; Ji, S.; Liu, S.; Zhou, F.;Wu, Y.; Han,K.; Zhao, J.; James, T. D. J. Org. Chem. 2009, 74, 1333. doi: 10.1021/jo8025669

    18. [18]

      (18) Frisch, M. J.; Trucks, G.W.; Schlegel, H. B.; et al. Gaussian 09,Revision A.02; Gaussian Inc.:Wallingford, CT, 2009.(18) Frisch, M. J.; Trucks, G.W.; Schlegel, H. B.; et al. Gaussian 09,Revision A.02; Gaussian Inc.:Wallingford, CT, 2009.

    19. [19]

      (19) Hohenberg, P.; Kohn,W. Phys. Rev. B 1964, 136, 864. doi: 10.1103/PhysRev.136.B864(19) Hohenberg, P.; Kohn,W. Phys. Rev. B 1964, 136, 864. doi: 10.1103/PhysRev.136.B864

    20. [20]

      (20) Kohn,W.; Sham, L. J. Phys. Rev. A 1965, 140, 1133.(20) Kohn,W.; Sham, L. J. Phys. Rev. A 1965, 140, 1133.

    21. [21]

      (21) Lee, C.; Yang,W.; Parr, R. G. Phys. Rev. B 1988, 37, 785. doi: 10.1103/PhysRevB.37.785(21) Lee, C.; Yang,W.; Parr, R. G. Phys. Rev. B 1988, 37, 785. doi: 10.1103/PhysRevB.37.785

    22. [22]

      (22) Reed, A. E.; Curtiss, L. A.;Weinhold, F. Chem. Rev. 1988, 88 (6), 899. doi: 10.1021/cr00088a005(22) Reed, A. E.; Curtiss, L. A.;Weinhold, F. Chem. Rev. 1988, 88 (6), 899. doi: 10.1021/cr00088a005

    23. [23]

      (23) Petersila, M.; ssmann, U. J.; Gross, E. K. U. Phys. Rev. Lett.1966, 76, 1212.(23) Petersila, M.; ssmann, U. J.; Gross, E. K. U. Phys. Rev. Lett.1966, 76, 1212.

    24. [24]

      (24) Jamorski, C.; Caskla, M. E.; Salahub, D. R. J. Chem. Phys.1996, 104, 5134. doi: 10.1063/1.471140

      (24) Jamorski, C.; Caskla, M. E.; Salahub, D. R. J. Chem. Phys.1996, 104, 5134. doi: 10.1063/1.471140

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  1119
  • 文章访问数:  3050
  • HTML全文浏览量:  44
文章相关
  • 发布日期:  2012-06-07
  • 收稿日期:  2012-03-17
  • 网络出版日期:  2012-05-08
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章