Vibronic spectroscopy of methyl anthranilate and its water complex: hydrogen atom dislocation in the excited state

文献情報

出版日 2019-09-11
DOI 10.1039/C9CP04556B
インパクトファクター 3.676
著者

Karl N. Blodgett, Dewei Sun, Joshua L. Fischer, Edwin L. Sibert, III, Timothy S. Zwier


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要旨

Laser-induced fluorescence (LIF) excitation, dispersed fluorescence (DFL), UV–UV-hole burning, and UV-depletion spectra have been collected on methyl anthranilate (MA, methyl 2-aminobenzoate) and its water-containing complex (MA–H2O), under jet-cooled conditions in the gas phase. As a close structural analog of a sunscreen agent, MA has a strong absorption due to the S0–S1 transition that begins in the UV-A region, with the electronic origin at 28 852 cm−1 (346.6 nm). Unlike most sunscreens that have fast non-radiative pathways back to the ground state, MA fluoresces efficiently, with an excited state lifetime of 27 ns. Relative to methyl benzoate, inter-system crossing to the triplet manifold is shut off in MA by the strong intramolecular NH⋯OC H-bond, which shifts the 3nπ* state well above the 1ππ* S1 state. Single vibronic level DFL spectra are used to obtain a near-complete assignment of the vibronic structure in the excited state. Much of the vibrational structure in the excitation spectrum is Franck–Condon activity due to three in-plane vibrations that modulate the distance between the NH2 and CO2Me groups, ν33 (421 cm−1), ν34 (366 cm−1), and ν36 (179 cm−1). Based on the close correspondence between experiment and theory at the TD-DFT B3LYP-D3BJ/def2TZVP level of theory, the major structural changes associated with electronic excitation are evaluated, leading to the conclusion that the major motion is a reorientation and constriction of the 6-membered H-bonded ring closed by the intramolecular NH⋯OC H-bond. This leads to a shortening of the NH⋯OC H-bond distance from 1.926 Å to 1.723 Å, equivalent to about a 25% reduction in the H⋯O distance compared to full H-atom transfer. As a result, the excited state process near the S1 origin is a hydrogen atom dislocation that is brought about primarily by heavy atom motion, since the shortened H-bond distance results from extensive heavy-atom motion, with only a 0.03 Å increase in the NH bond length relative to its ground state value.

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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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