Особливості сольватохромії 4-[[(2,4-динітрофеніл)метилен]іміно-2,6-дифеніл]фенола та барвника Райхардта. DFT розрахунки
Анотація
Одним із актуальних напрямків розвитку сучасної фізичної хімії є розробка сенсорних пристроїв та молекулярних зондів для дослідження різних властивостей розчинів, колоїдних систем та біологічних об’єктів. До останніх відносяться сольватохромні барвники, які завдяки класичним роботам Райхардта, знайшли широке застосування для кількісної оцінки сольватуючої здатності індивідуальних та, в меншій мірі, змішаних розчинників різної природи.
Різна поведінка 4-[[(2,4-динітрофеніл)метилен]іміно-2,6-дифеніл]фенола та барвника Райхардта в чистій воді та змішаних водно-органічних розчинниках, при зміні їх складу, вказує на те, що їх електронна будова зазнає принципової зміни при переході з основного у перший збуджений стан.
Метою роботи було дослідження та порівняння структури HOMO та LUMO барвника 4-[[(2,4-динітрофеніл)метилен]іміно-2,6-дифеніл]фенола та стандартного бетаїнового барвника Райхардта з використанням стаціонарної та залежної від часу теорії функціонала густини (DFT).
Доведено, що барвник 4-[[(2,4-динітрофеніл)метилен]іміно-2,6-дифеніл]фенол має два активних взаємозамінних сольватаційних центра й через це має відмінний механізм сольватації, принаймні у водному розчині, в порівнянні з барвником Райхардта, що повинно проявитися при його сольватації також в змішаних водно-органічних розчинниках з високим вмістом води в них.
Завантаження
Посилання
Dimrot K.; Rneichard Ch.; Sriepmann Th.; Bohlmann F. Uber Pyridinium-N-phenol-betaine und ihre Verwendung zur Charakterisierung der Polaritat von Losungsmitteln. Annalen der chemie band. 1963, 661, 1-37. https://doi.org/10.1002/jlac.19636610102.
Rettig W. Charge Separation in Excited States of Decoupled SystemsTICT Compounds and Implications Regarding the Development New Laser Dyes and the Primary Processes of Vision and Photosynthesis. Angewandte Chemie International Edition in English. 1986, 25(11), 971-988. https://doi.org/10.1002/anie.198609711.
Samat A.; De Keukeleire D.; Guglielmetti R. Synthesis and Spectrokinetic Properties of Photochromic Spiropyrans. Bulletin des Societes Chimiques Belges. 1991, 100(9), 679-700. https://doi.org/10.1002/bscb.19911000908.
Shekhovtsov S.V.; Omelchenko I.V.; Dyakonenko V.V.; [et.al.] Synthesis and crystal structure determination of 2,6-di-tert-butyl-4-(2,4,6-triphenylpyridinium-1-yl)phenolate and its corresponding perchlorate salt. Dyes and Pigments. 2012, 92(3), 1394-1399. http://doi.org/10.1016/j.dyepig.2011.06.029.
Schramm A.D.S.; Nicoleti C.R.; Stock R.I.; Heying R.S.; Bortoluzzi A.J.; Machado V.G. Anionic optical devices based on 4-(nitrostyryl)phenols for the selective detection of fluoride in acetonitrile and cyanide in water. Sensors and Actuators B: Chemical. 2016, 240, 1036-1048. https://doi.org/10.1016/j.snb.2016.09.052.
Stock R.I.; Sandri Cr.; Rezende M.C.; Machado V.G. Solvatochromic behavior of substituted 4-(nitrostyryl)phenolate dyes in pure solvents and in binary solvent mixtures composed of water and alcohols. Journal of Molecular Liquids. 2018, 264, 327-336. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2018.05.042.
Jeong J.; Su Min K.; Kumar R.S.; Mergu N.; Son Y.-A. Synthesis of novel betaine dyes for multi chromic sensors. Journal of Molecular Structure. 2019, 1187, 151-163. https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2019.03.074
Da Silva D.C.; Ricken I.; Silva M.A. do R.; Machado V.G. Solute-solvent and solvent-solvent interactions in the preferential solvation of Brooker's merocyanine in binary solvent mixtures. Journal of Physical Organic Chemistry. 2002; 15(7), 420–427. https://doi.org/10.1002/poc.519.
De Melo C.E.A.; Nicoleti C.R.; Nandi L.G.; [et.al.]. Solvatochromism of new substituted 4-[(E)-(4-nitrophenyl)diazenyl]phenolate dyes. Journal of Molecular Liquids. 2019, 301, 112330. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2019.112330
Giusti L.A.; Marini V.G.; Machado V.G. Solvatochromic behavior of 1-(p-dimethilaminophenil)-2-nitroethylen in 24 binary solvent mixtures composed of amides and hidoxilic solvents. Journal of molecular liquids. 2009, 150(1-3), 9-15. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2009.09.002.
Machado V.G.; Stock R.I.; Reichardt C. Pyridinium N-Phenolate Betaine Dyes. Chemical Reviews. 2014, 114(20), 10429–10475. https://doi.org/10.1021/cr5001157.
Makitra R.G.; Pirig Y.N.; Kivelyuk R.B. Relation between parameter of electrophilicity of reichardt-dimroth et solvents and polarity and polarizability. Zhurnal Obshchei Khimii 1990, 60(10), 2209-2215.
Bekarek V.,; Jurina J. A contribution to evaluation of influence of medium in electronic and infrared spectroscopy. Collect. Czech. Commun.1982, 47, 1060-1068.
Fowler F.W.; Katritzky A.R.; Rutherfo R.J. The correlation of solvent effects on physical and chemical properties. Journal of the Chemical Society B: Physical Organic. 1971, 460-469. https://doi.org/10.1039/J29710000460.
Zhang S.G.; Qi X.J.; Ma X.Y.; Lu L.J.; Deng Y.Q. Hydroxyl Ionic Liquids: The Differentiating Effect of Hydroxyl on Polarity due to Ionic Hydrogen Bonds between Hydroxyl and Anions. The Journal of Physical Chemistry B. 2010, 114(11), 3912-3920. https://doi.org/10.1021/jp911430t.
Schuster P.; Jakubetz W.; Marius W. Molecular models for the solvation of small ions and polar molecules. Topics in Current Chemistry. 1975, 60, 1-107. https://doi.org/10.1007/BFb0045206
Cerуn-Carrasco J.P.; Jacquemina D.; Laurence Chr.; Planchat A.; Reichardt Chr.; Sraidi Kh. Solvent polarity scales: determination of new ET(30) values for 84 organic solvents. Journal of Physical Organic Chemistry. 2014, 27(6),512-518. https://doi.org/10.1002/poc.3293.
Evans L.T. A simple solubility theory combining solubility parameter and Lewis acid-base concepts. PhD. Thesis, Rochester Institute of Technology, 1988, 1-120.
Gutman V. Empirical parameters for donor and acceptor properties of solvent. Electrochimica Acta. 1976, 21, 661-670. https://doi.org/10.1016/0013-4686(76)85034-7
Wohlfarth, Ch.: Landolt-Bцrnstein, New Series, Group IV, Physical Chemistry, Volume 17, Static Dielectric Constants of Pure Liquids and Binary Liquid Mixtures, Berlin: Springer-Verlag, 2008.
Nandi L.; Facin F.; Marini V.; [et.al.]. Nitro-Substituted 4-[(Phenylmethylene) imino]phenolates: Solvatochromism and Their Use as Solvatochromic Switches and as Probes for the Investigation of Preferential Solvation in Solvent Mixtures. The Journal of Organic Chemistry. 2012, 77(23), 10668-10679. https://doi.org/10.1021/jo301890r
Gaussian 09, Revision A.02, M. J. Frisch, G. W. Trucks, H. B. Schlegel, G. E. Scuseria, M. A. Robb, J. R. Cheeseman, G. Scalmani, V. Barone, G. A. Petersson, H. Nakatsuji, X. Li, M. Caricato, A. Marenich, J. Bloino, B. G. Janesko, R. Gomperts, B. Mennucci, H. P. Hratchian, J. V. Ortiz, A. F. Izmaylov, J. L. Sonnenberg, D. Williams-Young, F. Ding, F. Lipparini, F. Egidi, J. Goings, B. Peng, A. Petrone, T. Henderson, D. Ranasinghe, V. G. Zakrzewski, J. Gao, N. Rega, G. Zheng, W. Liang, M. Hada, M. Ehara, K. Toyota, R. Fukuda, J. Hasegawa, M. Ishida, T. Nakajima, Y. Honda, O. Kitao, H. Nakai, T. Vreven, K. Throssell, J. A. Montgomery, Jr., J. E. Peralta, F. Ogliaro, M. Bearpark, J. J. Heyd, E. Brothers, K. N. Kudin, V. N. Staroverov, T. Keith, R. Kobayashi, J. Normand, K. Raghavachari, A. Rendell, J. C. Burant, S. S. Iyengar, J. Tomasi, M. Cossi, J. M. Millam, M. Klene, C. Adamo, R. Cammi, J. W. Ochterski, R. L. Martin, K. Morokuma, O. Farkas, J. B. Foresman, and D. J. Fox, Gaussian, Inc., Wallingford CT, 2016.
