A theoretical study on anion sensing mechanism of multi-phosphonium triarylboranes: intramolecular charge transfer and configurational changes

文献情報

出版日 2017-05-17
DOI 10.1039/C7CP02287E
インパクトファクター 3.676
著者

Haamid R. Bhat, Prakash C. Jha


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要旨

The binding selectivity and recognition mechanism of a series of mono-, di- and triphosphonium substituted triarylboranes: (4-(dimesitylboryl)-3,5-dimethylphenyl)phosphonium ([Mes2BArP]+, 1), 1,1′-mesitylboranediylbis(3,5-dimethylphenyl)phosphonium ([MesBArP2]2+, 2) and 1,1′,1′′-boranetriyltris(3,5-dimethylphenyl)phosphonium ([BArP3]3+, 3) where ArP = 4-(H3P)-2,6-Me2-C6H2, for various anions has been investigated by employing density functional theory (DFT) and time dependent-density functional theory (TD-DFT) methods. Natural population analysis indicates the electrophilic nature of the boron centers in 1-3 for the nucleophilic addition of anions. The calculated free energy changes (ΔG) reveal that out of CN−, F−, Cl−, Br−, NO3−, CH3COO− and HSO4− only the binding of CN− and F− with 1, 2 and 3 is thermodynamically feasible. In addition, the calculated binding energies reflect that CN− shows lesser binding affinity than F− with 1, 2 and 3. Frontier molecular orbital (FMO) analysis reveals that the first excited states (S1) of 1–3 are the local excited states with a π → π* transition, whereas the third excited state (S3), fifth excited state (S5), fourth excited state (S4) and fourth excited states (S4) of [Mes2BArP]+F (1F, the fluoro form of 1), [MesBArP2]2+F (2F, the fluoro form of 2), [Mes2BArP]+CN (1CN, the cyano form of 1) and [MesBArP2]2+CN (2CN, the cyano form of 2), respectively, are charge separation states found to be responsible for the intramolecular charge transfer (ICT) process. The partial configuration changes and ICT induce fluorescence quenching in 1F, 2F, 1CN and 2CN synergistically after an internal conversion (IC) from their respective S3, S5, S4 and S4 to S1.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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