含氮雜環(huán)配合物的光學(xué)性質(zhì)理論研究

趙 威

（營口理工學(xué)院化學(xué)與材料工程系，遼寧營口 115004）

含氮雜環(huán)配合物的光學(xué)性質(zhì)理論研究

趙 威

（營口理工學(xué)院化學(xué)與材料工程系，遼寧營口 115004）

在密度泛函理論（DFT）的B3LYP/6-31G（d，p）水平上，對含氮雜環(huán)配合物以1，3，5-三嗪環(huán)為單體，分別加入鹵素Cl，噻吩環(huán)或者對稱的加入噻吩環(huán)后四種含氮雜環(huán)化合物的幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行了全優(yōu)化。討論缺電子類含氮雜環(huán)配合物進(jìn)行修飾后的結(jié)構(gòu)，對在獲得基態(tài)穩(wěn)定構(gòu)型的基礎(chǔ)上，應(yīng)用含時(shí)密度泛函理論（TD-DFT）計(jì)算設(shè)計(jì)化合物的電子吸收光譜，討論了最大吸收波長和部分前線分子軌道能量，以期為同類化合物的合成提供理論依據(jù)。

密度泛函理論；穩(wěn)定構(gòu)型；吸收光譜

引言

近年來高分子共軛化合物的光電研究越來越受到研究者們的關(guān)注，尤其對一些含缺電子雜環(huán)類化合物的研究成為熱點(diǎn)。關(guān)于富電子環(huán)和缺電子環(huán)構(gòu)成的聚合物具有電荷移動(dòng)的性質(zhì)，S0和S1之間的能量有所降低，可以合成一些電荷移動(dòng)型聚合物。1，3，5-三嗪環(huán)上可以進(jìn)行化學(xué)修飾，設(shè)計(jì)一些列新的化合物，比如：加入鹵素Cl，噻吩環(huán)或者對稱的加入噻吩環(huán)，對其設(shè)計(jì)的化合物進(jìn)行光譜性質(zhì)研究，對于開發(fā)這一類化合物提供理論指導(dǎo)作用。計(jì)算結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 含氮雜環(huán)配合物

1 計(jì)算結(jié)果與討論

所有的計(jì)算均采用高斯Gaussian03計(jì)算程序完成，首先對四種化合物進(jìn)行了基態(tài)幾何結(jié)構(gòu)優(yōu)化，進(jìn)行頻率計(jì)算來確認(rèn)設(shè)計(jì)的化合物穩(wěn)定存在。

1.1 光譜計(jì)算

應(yīng)用含時(shí)密度泛函理論（TD-DFT）計(jì)算設(shè)計(jì)化合物的電子吸收光譜，分別計(jì)算出了含氮雜環(huán)化合物的躍遷軌道、成分、最大吸收波長（λ）、振子強(qiáng)度（f）和主要躍遷類型見表1。

計(jì)算結(jié)果表明四種含氮雜環(huán)化合物的躍遷軌道均為HOMO到LUMO軌道，對應(yīng)的躍遷為基態(tài)S0到激發(fā)態(tài)S1的π-π*躍遷，其中化合物P3的最大吸收波長最長為333.94 nm，其次是含氮雜環(huán)化合物P2的最大吸收波長為314.06nm，化合物P1和化合物P的最大吸收波長幾乎相近分別為270.23nm和273.43nm，四種含氮雜環(huán)化合物均屬于紫外光波長范圍。

表1 含氮雜環(huán)化合物的躍遷軌道、成分、λ、f和主要躍遷類型

對于發(fā)光材料的配物來說，對其進(jìn)行前線分子軌道比較重要。結(jié)合前線分子軌道數(shù)據(jù)可以分析化合物的發(fā)光機(jī)理，進(jìn)一步解釋最大吸收波長移動(dòng)的原理，四種含氮雜環(huán)化合物的部分前線分子軌道能量數(shù)據(jù)見表2。

2 結(jié)論

分子的前線軌道分為HOMO和LUMO軌道，HOMO軌道表示已經(jīng)占有電子的能級最高的軌道，也稱為最高占有軌道，LUMO軌道表示未占有電子的能級最低的軌道。HOMO與LUMO之間的能量差稱為“能帶隙”，這個(gè)能量差即稱為HOMO-LUMO的躍遷能級，化合物的躍遷能級可以用來衡量一個(gè)分子是否容易被激發(fā)：LUMO與HOMO之間的帶隙越小，表明分子越容易被激發(fā)。四種化合物中P1化合物的HOMO軌道能量最高，LUMO軌道能量比較低，電子不容易躍遷，所以P1化合物能隙比較大。P2化合物的HOMO軌道能量最低，LUMO軌道能量比較高，電子容易躍遷，所以P2化合物能隙比較小僅為0.168 13e V。

[1] 劉方明，魯文杰，張正方，等.含2一三氟甲基苯并咪哇雜環(huán)化合

物的合成[J].高等學(xué)校化學(xué)學(xué)報(bào)，1999，20（8）：1242-1247.

[2] 金春華，羅榮.5-甲氧基-2-疏基苯并瞇哇合成新工藝[J].精細(xì)化工，1999，16（3）：52.

Theoretical study on optical properties of nitrogen containing heterocyclic complexes

Zhao Wei

Based on the density functional theory（DFT）B3LYP/6-31G（D，P）on the level of nitrogen heterocyclic complexes with 1，3，5-three Thiotriazinone as monomers，respectively adding halogen Cl，thiophene ring geometry or symmetric join thiophene ring after four kinds of nitrogenous heterocyclic compounds were optimized and discussed the electron deficient nitrogenous heterocyclic complexes structure was modified，based on the ground state of the stable structure，using the time-dependent density functional theory（TD-DFT）calculation of the electronic absorption spectra of compounds is discussed，the maximum absorption wavelength and frontier molecular orbital energy，in order to provide a theoretical basis for the synthesis of similar compounds.

DFT；Stable configuration；absorption wavelength

表2 四種含氮雜環(huán)化合物的部分前線分子軌道能量

UDC

A

1003-6490（2017）01-0097-02

2016-11-16

趙威（1984—），女，遼寧蓋州人，碩士研究生，主要研究方向物理化學(xué)大分子功能材料。