吡唑啉酮类光致变色化合物的量子化学研究

有机光致变色材料因其独特的光化学性质而展示出重要的研究价值和广阔的应用前景，一直受到各国科研工作者的广泛关注。本实验室自发现首个新的光致变色体系以来，通过分子设计和结构修饰合成了一系列吡唑啉酮类光致变色化合物，在化合物结构与性能方面做了大量研究工作，不过该类体系的变色机理及构效关系仍有待进一步明确。为了更深入认识该类体系，掌握其中的基本规律，本项目拟通过引入量子化学计算，对所研究化合物的基态和激发态电子结构、氢键性质、振动和吸收光谱信息、取代基效应以及光致变色机理进行研究，以期通过实验数据与理论计算相结合，解释实验现象，确定化合物变色前后的分子结构，验证基于实验提出的变色机理的合理性，分析变色性能差异的原因，阐明化合物结构与性能的关系，并根据总结的规律设计合成新的化合物，从而为实验室后续设计合成性能优良的光致变色化合物提供重要的理论依据。

吡唑啉酮类化合物因其在固态下优良的光致变色性质而展现出重要的研究价值和潜在的应用前景。本项目通过量化计算得到了吡唑啉酮类化合物的红外光谱、吸收光谱信息，根据对光谱特征峰的指认和归属，阐述了光谱行为，进一步确定了变色前的分子结构为烯醇式构型；通过实验结果与理论分析相结合研究了部分化合物的质子转移反应机理，提出了一种新的变色机理，即正逆向反应具有不同的反应历程；研究了卤素原子取代对本体化合物的结构、稳定性及反应活性的影响规律，计算结果表明卤素原子取代可提高化合物的反应活性，并据此合成出新的含卤素取代基的吡唑啉酮类化合物；此外，在吡唑啉酮环上引入噻吩基团合成了新的固态光致变色性能较优的吡唑啉酮类化合物。