Кластерная структура спиртов и их смесей с апротонными Н-акцептирующими растворителями
Автор: Феськов С.В.
Журнал: Математическая физика и компьютерное моделирование @mpcm-jvolsu
Рубрика: Физика и астрономия
Статья в выпуске: 1 т.27, 2024 года.
Бесплатный доступ
Рассмотрены модели линейной кластеризации в спиртах и смесях спиртов с апротонными Н-акцептирующими сорастворителями по механизму образования водородных связей. Получены аналитические выражения для вероятностей образования водородных связей вида спирт - спирт и спирт - сорастворитель, а также для вероятностей включения молекулы спирта в состав кластерных цепочек различной длины. Исследовано влияние состава смеси на кластерную структуру жидкости. Определен набор параметров, характеризующих микроструктуру в рамках рассмотренных моделей. Предложенные подходы могут быть использованы для анализа экспериментальных данных о тушении флуоресценции по механизму безызлучательной деактивации, индуцированной водородными связями.
Водородные связи, спирты, кластеризация, протонные и апротонные растворители, тушение флуоресценции
Короткий адрес: https://sciup.org/149145784
IDR: 149145784 | УДК: 544.52 | DOI: 10.15688/mpcm.jvolsu.2024.1.7
Cluster structure of alcohols and their mixtures with aprotic H-accepting solvents
Fluorescent properties of symmetric electron-donor-acceptor compouds are currently in focus of extensive experimental and theoretical research, since kinetics and quantum yield of their fluorescence are highly sensitive to interactions with the environment. Of particular interest is the role of the hydrogen-bonding interactions between the fluorophore and solvent in liquids. Hydrogen bonds are known to be able to break the excited-state symmetry, leading to intramolecular charge transfer between two branches of the symmetric molecule and causing subsequent fast nonradiative deactivation of the fluorophore. Recent experimental studies on a centrosymmetric molecule, an acridine-dione derivative, revealed unexpected behavior of its time-dependent fluorescence pro- files in protic and aprotic solvents. The observed fluorescence did not exhibit any spectroscopic evidence of quenching in aprotic solvents (even highly polar), but manifested strong quenching in alcohols. In binary mixtures of protic (MeOH) and aprotic (DMF) solvents, on the other hand, the quenching was detected only at fairly high concentrations of methanol, [MeOH] > 9 mol/L. These results are unusual for this type of the reaction and require detailed analysis and explanation. In this study two models of linear clustering in alcohols and mixtures of alcohols with aprotic H-accepting cosolvents are considered. Analytical expressions for the H-bonding probabilities and the probabilities of including an alcohol molecule in cluster chains of various lengths are obtained. The influence of the mixture composition on the cluster structure is studied. The models considered can be used to analyze experimental data on fluorescence quenching by the mechanism of hydrogen-bond-induced nonradiative deactivation.
Список литературы Кластерная структура спиртов и их смесей с апротонными Н-акцептирующими растворителями
- Вотэ, Э. Объединение теории и эксперимента для понимания процесса сверхбыстрого фотоиндуцированного переноса заряда (на англ.) / Э. Вотэ // Математическая физика и компьютерное моделирование. — 2020. — Т. 23. — № 2. — C. 91–99. — DOI: 10.15688/mpcm.jvolsu.2020.2.8
- Оценка сродства к электрону по данным о временах жизни отрицательных молекулярных ионов p-кумаровой и кумарин-3-карбоновых кислот / М. М. Таюпов, А. В. Маркова, А. М. Сафронов, Р. Г. Рахмеев // Математическая физика и компьютерное моделирование. — 2023. — Т. 26. — № 2. — C. 61–72. — DOI: 10.15688/mpcm.jvolsu.2023.2.6
- Феськов, С. В. Метод функций Грина для расчета нестационарных спектров люминесценции неравновесных молекулярных систем / С. В. Феськов // Математическая физика и компьютерное моделирование. — 2022. — Т. 25. — № 4. — C. 95–106. — DOI: 10.15688/mpcm.jvolsu.2022.4.8
- Antipov, I. F. Minimal Model of Excited-State Symmetry Breaking in Symmetric Dimers and Covalently Linked Dyads / I. F. Antipov, A. I. Ivanov // J. Chem. Phys. — 2022. — Vol. 157. — Article ID: 224104. — DOI: 10.1063/5.0129697
- Boyd, S. L. A Density Functional Study of Methanol Clusters / S. L. Boyd, R. J. Boyd // J. Chem. Theory Comput. — 2007. — Vol. 3. — P. 54–61. — DOI: 10.1021/ct6002912
- Evaluation Test of the Most Popular Models of Methanol Using Selected Thermodynamic, Dynamic and Structural Properties / K. Khasawneh, A. Obeidat, H. Abu-Ghazleh, R. Al-Salman, M. Al-Ali // J. Mol. Liq. — 2019. — Vol. 296. — Article ID: 111914. — DOI: 10.1016/j.molliq.2019.111914
- Excimer Formation and Symmetry-Breaking Charge Transfer in Cofacial Perylene Dimers / R. E. Cook, B. T. Phelan, R. J. Kamire, M. B. Majewski, R. M. Young, M. R. Wasielewski // J. Phys. Chem. A. — 2017. — Vol. 121. — P. 1607–1615. — DOI: 10.1021/acs.jpca.6b12644
- Excitonic Interactions in Bacteriochlorin Homo-Dyads Enable Charge Transfer: A New Approach to the Artificial Photosynthetic Special Pair / C. McCleese, Z. Yu, N. N. Esemoto, C. Kolodziej, B. Maiti, S. Bhandari, B. D. Dunietz, C. Burda, M. Ptaszek // J. Phys. Chem.
- B. — 2018. — Vol. 122. — P. 4131–4140. — DOI: 10.1021/acs.jpcb.8b02123
- Flory, P. J. Molecular Size Distribution in Linear Condensation Polymers / P. J. Flory // J. Am. Chem. Soc. — 1936. — Vol. 58. — P. 1877–1885. — DOI: 10.1021/ja01301a016
- Haughney, M. Molecular-Dynamics Simulation of Liquid Methanol / M. Haughney, M. Ferrario, I. R. McDonald // J. Phys. Chem. — 1987. — Vol. 91. — P. 4934–4940. — DOI: 10.1021/j100303a011
- Ivanov, A. I. Modeling the Effect of H-Bonding of Excited Quadrupolar Molecules with a Solvent on Charge Transfer Symmetry Breaking / A. I. Ivanov // J. Phys. Chem. B. — 2022. — Vol. 126. — P. 9038–9046. — DOI: 10.1021/acs.jpcb.2c05984
- Parra, R. D. Hydrogen Bonding and Cooperative Effects in Mixed Dimers and Trimers of Methanol and Trifluoromethanol: An ab Initio Study / R. D. Parra, X. C. Zeng // J. Chem. Phys. — 1999. — Vol. 110. — P. 6329–6338. — DOI: 10.1063/1.478537
- Silberstein, E. Short range order of methanol / E. Silberstein, G. Makov // J. Mol. Liq. — 2022. — Vol. 361. — Article ID: 119590. — DOI: 10.1016/j.molliq.2022.119590
- Symmetry-Breaking Charge Separation in Phenylene-Bridged Perylenediimide Dimers / J. M. Alzola, N. A. Tcyrulnikov, P. J. Brown, T. J. Marks, M. R. Wasielewski, R. M. Young // J. Phys. Chem. A. — 2021. — Vol. 125. — P. 7633–7643. — DOI: 10.1021/acs.jpca.1c05100
- Symmetry-Breaking Charge Transfer and Hydrogen Bonding: Toward Asymmetrical Photochemistry / B. Dereka, A. Rosspeintner, M. Krzeszewski, D. T. Gryko, E. Vauthey // Angew. Chem. Int. Ed. — 2016. — Vol. 55. — P. 15624–15628. — DOI: 10.1002/anie.201608567
- Symmetry-breaking charge transfer in an excited acridine-dione derivative: effects of hydrogen bond clustering and cooperativity in mixtures of methanol and dimethylformamide / S. V. Feskov, S. L. Bondarev, T. F. Raichenok, S. A. Tikhomirov, A. I. Ivanov // J. Mol. Liq. — 2023. — Vol. 385. — Article ID: 122386. — DOI: 10.1016/j.molliq.2023.122386
- Symmetry Breaking in an Excited Quadrupolar Acridine-Dione Derivative Driven by Hydrogen Bonding / S. L. Bondarev, T. F. Raichenok, S. A. Tikhomirov, N. G. Kozlov, T. V. Mikhailova, A. I. Ivanov // J. Phys. Chem. B. — 2021. — Vol. 125. — P. 8117–8124. — DOI: 10.1021/acs.jpcb.1c03745
- The hydrogen bond effect on excited state mechanism for 2-isopropyl thioxanone in protic solvents: Experimental and theoretical investigation / Y. Guo, Y. Zhong, Z. Wu, C. Wang, Y. Wang, J. Zhang, H. Wang, G. Zhao // J. Mol. Liq. — 2022. — Vol. 345. — Article ID: 117012. — DOI: 10.1016/j.molliq.2021.117012
- The Microscopic Structure of Liquid Methanol from Raman Spectroscopy / K. Lin, X. Zhou, Y. Luo, S. Liu // J. Phys. Chem. B. — 2010. — Vol. 114. — P. 3567–3573. — DOI: 10.1021/jp9121968
- The spectral and luminescent properties of octahydroacridino[4,3-c] acridin-1,9(2H,5H)dione derivatives / N. G. Kozlov, Yu. D. Zhiharko, S. L. Bondarev, A. V. Baranovskii, V. N. Knukshto, L. I. Basalaeva // J. Appl. Spectrosc. — 2017. — Vol. 84. — P. 369–375. — DOI: 10.1007/s10812-017-0478-3
- Trevisan, L. Quantitative Measurement of Cooperativity in H-Bonded Networks / L. Trevisan, A. D. Bond, C. A. Hunter // J. Am. Chem. Soc. — 2022. — Vol. 144. — P. 19499–19507. — DOI: 10.1021/jacs.2c08120
- Vauthey, E. Watching Excited-State Symmetry Breaking in Multibranched Push-Pull Molecules / E. Vauthey // J. Phys. Chem. Lett. — 2022. — Vol. 13. — P. 2064–2071. — DOI: 10.1021/acs.jpclett.2c00259
- Yamaguchi, T. The structure of liquid methanol revisited: a neutron diffraction experiment at -80 ∘C and +25 ∘C / T. Yamaguchi, K. Hidaka, A. K. Soper // Mol. Phys. — 1999. — Vol. 96. — P. 1159–1168. — DOI: 10.1080/00268979909483060