Intramolekulární přenos protonů ve vzrušeném stavu - Excited state intramolecular proton transfer - Wikipedia

Intramolekulární přenos protonů ve vzrušeném stavu (ESIPT) je proces, ve kterém fotoexcited molekuly uvolňují svoji energii tautomerizace převodem protony. Některé druhy molekul mohou mít různé tautomery s minimální energií v různých elektronické stavy, a pokud je molekulární struktura tautomeru s minimální energií v excitovaném stavu protonem přenesená geometrie mezi sousedními atomy, může dojít k přenosu protonů v excitovaném stavu. Tautomerizace má často formu keto-enol tautomerismus.

Charakteristický

Protože geometrie přenesená protony je obvykle tautomer s minimální energií pouze v excitovaném stavu a relativně nestabilní v základním stavu, molekuly, které mají charakter ESIPT, mohou vykazovat mimořádně větší Stokesův posun než běžné fluorescenční molekuly, nebo vykazují dvojitou fluorescenci, že kratší vlnová délka pochází z původního tautomeru a delší vlnová délka z tautomeru přeneseného protony.[1] Existují však některé výjimečné případy, kdy molekuly ESIPT nemají z různých důvodů žádnou duální luminiscenci nebo významně červeně posunutou emisi z protonem přeneseného tautomeru.[2][3][4]

Rychlost procesu ESIPT se může zpomalit o deuterium substituce vodíku, který se přenáší v ESIPT, protože deuterací se významně zvyšuje pouze hmota přeneseného, ​​ale nemění se elektrostatický potenciál v molekule podstatně.[5] Míra změny rychlosti však může ležet v rozmezí 1 až 50, v závislosti na tvaru a velikosti povrchů potenciální energie molekuly.[6]

aplikace

Na základě charakteristiky, kterou mají molekuly obvykle mimořádně větší Stokesův posun když dojde k ESIPT, byly vyvinuty různé aplikace využívající červeně posunutou fluorescenci. Aplikace zahrnují zapnutí fotoluminiscence senzor,[7] fotochromní nedestruktivní optická paměť,[8] a materiály vyzařující bílé světlo.[9]

Reference

  1. ^ Zhao, Jianzhang; Ji, Shaomin; Chen, Yinghui; Guo, Huimin; Yang, Pei (2012). „Přenos intramolekulárního protonu ve vzrušení (ESIPT): od hlavní fotofyziky k vývoji nových chromoforů a aplikací ve fluorescenčních molekulárních sondách a luminiscenčních materiálech“. Phys. Chem. Chem. Phys. 14 (25): 8803–8817. doi:10.1039 / C2CP23144A. PMID  22193300.
  2. ^ Yin, Hang; Li, Hui; Xia, Guomin; Ruan, Chengyan; Shi, Ying; Wang, Hongming; Jin, Mingxing; Ding, Dajun (21. ledna 2016). „Nový nefluorescenční excitovaný stav intramolekulárního přenosu protonu indukovaný intramolekulárními vodíkovými vazbami: experimentální a teoretické zkoumání“. Vědecké zprávy. 6 (1): 19774. doi:10.1038 / srep19774. PMC  4726414. PMID  26790961.
  3. ^ Han, Gi Rim; Hwang, Doyk; Lee, Seunghoon; Lee, Jong Woo; Lim, Eunhak; Heo, Jiyoung; Kim, Seong Keun (20. června 2017). „Vrhání nového světla na starou molekulu: chinoftalon vykazuje neobvyklý N-to-O excitovaný stav, intramolekulární přenos protonů (ESIPT) mezi fotobázemi“. Vědecké zprávy. 7 (1): 3863. doi:10.1038 / s41598-017-04114-9. PMC  5478638. PMID  28634405.
  4. ^ Angličtina, D. S .; Zhang, W .; Kraus, G. A .; Petrich, J. W. (duben 1997). „Fotofyzika hypericinu a jeho hexamethoxy analogu ve vzrušeném stavu: Intramolekulární přenos protonů jako neradiační proces v hypericinu“. Journal of the American Chemical Society. 119 (13): 2980–2986. doi:10.1021 / ja962476h.
  5. ^ Flom, Steven R.; Barbara, Paul F. (říjen 1985). „Přenos protonů a vodíkové vazby při vnitřní přeměně antrachinonů S1“. The Journal of Physical Chemistry. 89 (21): 4489–4494. doi:10.1021 / j100267a017.
  6. ^ Agmon, Noam (leden 2005). "Základní kroky při přenosu protonů ve vzrušeném stavu". The Journal of Physical Chemistry A. 109 (1): 13–35. doi:10.1021 / jp047465m. PMID  16839085.
  7. ^ Chen, Wei-Hua; Xing, Yu; Pang, Yi (18. března 2011). „Vysoce selektivní pyrofosfátový senzor založený na zapnutí ESIPT ve vodě“. Organické dopisy. 13 (6): 1362–1365. doi:10.1021 / ol200054w. PMID  21338073.
  8. ^ Lim, Seon-Jeong; Seo, Jangwon; Park, Soo Young (listopad 2006). „Fotochromní přepínání fluorescence intramolekulárního přenosu protonů (ESIPT) ve vzrušení: jedinečná cesta k přepínání paměti s vysokým kontrastem a nedestruktivnímu odečtu“. Journal of the American Chemical Society. 128 (45): 14542–14547. doi:10.1021 / ja0637604. PMID  17090038.
  9. ^ Park, Sanghyuk; Kwon, Ji Eon; Kim, Se Hun; Seo, Jangwon; Chung, Kyeongwoon; Park, Sun-Young; Jang, Du-Jeon; Medina, Begoña Milián; Gierschner, Johannes; Park, Soo Young (7. října 2009). „Molekula emitující bílé světlo: frustrovaný přenos energie mezi středisky emitujícími složky“. Journal of the American Chemical Society. 131 (39): 14043–14049. doi:10.1021 / ja902533f. PMID  19480450.