Turn on the luminescence channel by the suppression of conical intersection process for the sulfur-containing hydrogen-bonded molecules

圆锥交点 含时密度泛函理论 发光 密度泛函理论 化学 分子 光化学 分子内力 氢键 激发态 计算化学 材料科学 有机化学 立体化学 原子物理学 物理 光电子学
作者
Jie Guo,Hang Yin,Wentian Zhang,Xin Zhao,Huifang Zhao,Ying Shi
出处
期刊:Dyes and Pigments [Elsevier]
卷期号:219: 111601-111601 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.dyepig.2023.111601
摘要

The sulfur-containing hydrogen bonds exhibit notable potential in gene and protein engineering. As an important research direction of sulfur-containing hydrogen bonding dynamics, the excited-state intramolecular proton transfer (ESIPT) reaction of the thiol proton has garnered significant interest. Recently, Chou et al. synthesized a series of sulfur-containing H-bonded molecules, inclusive of 3-thiolflavone (3TF), its trifluoromethyl derivative (3FTF), and its diethylamino derivative (3NTF), thereby inaugurating a new chapter in the ESIPT reaction of the thiol proton. Nevertheless, many open issues cannot be answered solely by experimental means and call for a detailed theoretical investigation, especially the relationship between the molecular excited-state properties and different luminescence properties of the three molecules. Herein, we validate that the molecules undergo the ESIPT reaction of the thiol proton and identify the time scale through the time-dependent density functional theory (TDDFT) calculation. Moreover, employing the spin-flip TDDFT approach, the analysis of the non-radiative transition process reveals that difference in Gibbs free energy of activation (ΔG⧧) for the transition from Frank-Condon point to minimum energy conical intersection (MECI) point primarily accounts for the different luminescence properties of the three molecules. Besides, we also reveal the reason for the abnormal blue-shifted fluorescence of the 3NTF in the aggregated state by the ONIOM (TDDFT: UFF) strategy. These findings are favorable to understanding the luminescence mechanism of sulfur-containing H-bonded molecules and provide a reference for the synthesis and design of the luminescent materials based on the molecules with thiol proton transfer properties.

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