水杨醛缩甲胺及其衍生物光致变色机理的理论研究

Aromatic Schiff bases belong to a broad family of photochromic materials. They have been widely applied in photoelectric devices, molecular switches, information storage devices, etc.. Recently, more and more attention has been focused on the aromatic Schiff bases in the area of photochemistry. The salicylidene methylamine is one of the simplest aromatic Schiff bases. Its photochromic mechanism is very important for the theoretical study and applications of aromatic Schiff bases. There are many problems about its photochromic mechanism because of static quantum chemistry methods people used. In this project, we will combine the static quantum chemistry calculation and nonadiabatic dynamic simulation to study photochromism reaction dynamics and the reverse reaction of salicylidene methylamine and its derivatives. In this work, we will reveal the mechanisms of photochromism reaction, the structure and dynamic factors which control the transformation efficiency and the influence of the substituting effect on the reaction processes in the derivatives. Then, we will develop the program for dynamic simulation in solution in order to investigate solution effects. Based on the studies of the project we proposed, the important guidance is provided to the study of aromatic Schiff bases, synthesis and application of photochromic materials.

芳香族类希夫氏碱作为光致变色材料，被广泛地应用于光电器件、分子开关、信息存储等领域，在光化学领域具有巨大的应用前景。水杨醛缩甲胺是最小的芳香族类希夫氏碱之一，其光致变色机理对于芳香族类希夫氏碱的理论研究及应用具有重要的指导意义。目前，人们对于该分子的光致变色机理研究方法局限在静态量化计算，无法提供动力学信息。本项目用静态量子化学计算与非绝热动力学模拟方法相结合的手段，深入研究水杨醛缩甲胺分子及其衍生物的光致变色反应以及其逆反应，详细地阐述其反应机理，揭示其激发态反应路径以及影响其转化效率的因素，以及不同取代基对光致变色反应过程的影响规律。在此基础上，开发溶液中非绝热动力学模拟的程序，揭示溶剂对该类体系光致变色过程的影响。本项目的完成能够为芳香族类希夫氏碱光致变色机理的研究以及光致变色材料的合成与应用提供一定的理论指导。

光致变色材料被广泛地应用于光电器件、分子开关、信息存储等领域，在光化学领域具有巨大的应用前景，其光致变色机理对于芳香族类希夫氏碱的理论研究及应用具有重要的指导意义。目前，人们对于水杨醛缩甲胺分子及其衍生物分子的光致变色机理研究方法局限在静态量化计算，无法提供动力学信息。本项目用了静态量子化学计算与非绝热动力学模拟方法相结合的手段，深入研究水杨醛缩甲胺分子及其衍生物、绿色荧光蛋白生色团及其衍生物的光致变色反应以及其逆反应的机理。研究发现基态与激发态势能面之间的锥形交叉在分子激发态衰减中起重要作用以及异构化过程涉及到化学键的扭转。芳香类席夫氏碱的激发态质子转移过程与分子本身的激发态势能面有关。水杨醛甲胺的衍生物水杨醛甲基呋喃胺的光致异构是可逆的，是一个可逆的分子开关；绿色荧光蛋白生色团甲基化衍生物异构过程中保持体积守恒，此性质有利于在凝聚态中的应用。这两个分子在光化学领域都有很大的应用潜能。