Solvent-polarity-dependent conformation and ESIPT behaviors for 2-(benzimidazol-2-yl)-3-hydroxychromone: a novel dynamical mechanism

文献情報

出版日 2022-11-01
DOI 10.1039/D2CP03828E
インパクトファクター 3.676
著者

Bing Jin


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要旨

In view of the potential importance of 3-hydroxychromone derivatives, in this work, we mainly focused on exploring the solvent-polarity-dependent photoinduced behaviors of 2-(benzimidazol-2-yl)-3-hydroxychromone (BI3HC). Distinguished from previous work, we first checked the coexisting three conformations (i.e., BI3HC-A, BI3HC-B, and BI3HC-C) and the presence of a coexistence mechanism between BI3HC-A and BI3HC-C. Most importantly, BI3HC-A is the main component in non-polar solvents, while BI3HC-C is the main one in polar solvents. Through combined analysis of the infrared (IR) vibrational spectra and geometrical variations as well as predicted hydrogen bonding energy via the bond critical point (BCP) between S0 and S1 states, we present a hydrogen bonding strengthening phenomenon that facilitates the excited-state intramolecular proton-transfer (ESIPT) behavior for BI3HC-A and BI3HC-C. To qualitatively investigate photoinduced behaviors based on frontier molecular orbitals (MOs), we found that photoinduced intramolecular charge transfer (ICT) and charge redistribution promoted an ESIPT tendency. By comparing the barriers of the potential energy curves (PECs) between twisting dihedral angles and ESIPT paths, we could rule out mutual transformations in the S1 state and also propose a solvent-polarity-regulated ESIPT behavior for BI3HC-A and BI3HC-C. Furthermore, via searching the transition state (TS) and performing intrinsic reaction coordinate (IRC) simulations, we further checked the ESIPT mechanism. Through gaining insights in spectral variations in solvents, we uncovered the solvent-polarity-dependent spectral behaviors. We sincerely hope this work will not only help clarify the solvent-polarity-regulated dynamical behaviors of BI3HC but also pave the way for further explorations and applications of other 3-hydroxychromone derivatives.

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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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