Chuyển động quay kết hợp của π-electron trong một phân tử thơm nhỏ
Thanh bên của bài viết
Nội dung chính của bài viết
Tóm tắt
Chuyển động quay kết hợp là một kiểu di cư điện tích điển hình trong các phân tử hydrocarbon thơm, trong đó π-electron quay dọc theo mạch vòng phân tử. Trong khuôn khổ của cơ học lượng tử, chuyển động quay của π-electron có thể được đặc trưng bởi giá trị trung bình của một số đại lượng có khả năng quan sát, như một thành phần động lượng góc hoặc mật độ dòng. Những đại lượng này hoàn toàn có thể được đánh giá bằng các biểu thức giải tích kết hợp với phương pháp tính toán hoá lượng tử ab-initio được thực hiện bằng phần mềm Gaussian, trong một công bố của H. Mineo và cộng sự (2013); Đây là một hướng tiếp cận có khả năng mở rộng cho nhiều hệ thơm có kích thước khác nhau. Trong báo cáo này, chúng tôi áp dụng hướng tiếp cận nêu trên để khảo sát chuyển động quay kết hợp của π-electrons trong một phân tử thơm đơn giản, s-triazine (C3H3N3), thuộc nhóm điểm đối xứng D3h. Dòng điện vòng không chỉ xuất hiện trên mạch chỉ chứa cặp carbon-carbon, hoặc nitrogen-nitrogen, mà còn trên mạch vòng phân tử chức các cặp carbon-nitrogen nằm liền kề nhau. Độ lớn của mỗi dòng điện trên liên kết được xác định thông qua tổng thông lượng xuyên qua mặt phẳng đặt ở điểm chính giữa của đường nối hai tâm nguyên tử. Để dễ dàng hình dung sự bố trong không gian của mật độ dòng điện, một biểu đồ mật độ dòng được vẽ trên mặt phẳng nằm song song với mặt phẳng chính của phân tử và cách đó z=1.0 Å.
Từ khóa: chuyển động quay kết hợp, phân tử thơm, π-electron.
Lượt tải xuống
Chi tiết bài viết
Tài liệu tham khảo
Atkins, P., & Friedman, R. (2005). Molecular orbital theory of polyatomic molecules. In Molecular quantum mechanics (4th ed., p. 266). Oxford University Press.
Barth, I., Manz, J., Shigeta, Y., & Yagi, K. (2006). Unidirectional electronic ring current driven by a few-cycle circularly polarized laser pulse: Quantum model simulations for Mg-porphyrin. Journal of the American Chemical Society, 128, 7043–7049. https://doi.org/10.1021/ja057197l
Frisch, M. J., Trucks, G. W., Schlegel, H. B., & co-authors. (2016). Gaussian 09 [Computer software]. Gaussian, Inc. https://www.gaussian.com/g09citation/
Flowler, P. W., and Steiner, E. (1997). Ring Currents and Aromaticity of Monocyclic π-Electron Systems C6H6, B3N3H6, B3O3H3, C3N3H3, C5H5-,C7H7+,C3N3F3,C6H3F3, and C6F6. The Journal of Physical Chemistry A, 101, 1409-1413. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jp9637946
Hermann, G., Liu, C., Manz, J., & co-authors. (2016). Multidirectional angular electronic flux during adiabatic attosecond charge migration in excited benzene. The Journal of Physical Chemistry A, 120, 5360–5369. https://doi.org/10.1021/acs.jpca.6b01948
Hsu, L.-Y., Huang, Q.-R., & Jin, B.-Y. (2009). Charge transport through a single molecular wire based on linear multimetal complexes: A non-equilibrium Green’s function approach. The Journal of Physical Chemistry C, 112, 10538–10541. https://doi.org/10.1021/jp801926d
Hsu, L.-Y., & Rabitz, H. (2012). Single-molecule phenyl-acetylene-macrocycle-based optoelectronic switch functioning as a quantum-interference-effect transistor. Physical Review Letters, 109, 186801. https://doi.org/10.1103/physrevlett.109.186801
Jia, D., Manz, J., & Yang, Y. (2019). De- and recoherence of charge migration in ionized iodoacetylene. The Journal of Physical Chemistry Letters, 10, 4273–4277. https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.9b01687
Kanno, M., Abe, M., Nakajima, T., Hoki, K., & Fujimura, Y. (2006). Control of π-electron rotation in chiral aromatic molecules by nonhelical laser pulses. Angewandte Chemie International Edition, 45, 7995–7998. https://doi.org/10.1002/anie.200602479
Krause, P., Klamroth, T., & Saalfrank, P. (2005). Time-dependent configuration-interaction calculations of laser-pulse-driven many-electron dynamics: Controlled dipole switching in lithium cyanide. The Journal of Chemical Physics, 123, 074105. https://doi.org/10.1063/1.1999636
Kumar, B. G., & Prakash, K. S. (2021). Nanoelectronics and photonics for next-generation devices. In the Handbook of polymer and ceramic nanotechnology (p. 293). Springer.
Mineo, H., Lin, S.-H., & Fujimura, Y. (2013). Coherent π-electron dynamics of (P)-2,2′-biphenol induced by ultrashort linearly polarized UV pulses: Angular momentum and ring current. The Journal of Chemical Physics, 138, 074304. https://doi.org/10.1063/1.4790595
Mineo, H., & Fujimura, Y. (2017). Quantum control of coherent π-electron ring currents in polycyclic aromatic hydrocarbons. The Journal of Chemical Physics, 147, 224301. https://doi.org/10.1063/1.5004504
Mineo, H., Yamaki, M., Teranishi, Y., & co-authors. (2012). Quantum switching of π-electron rotations in a nonplanar chiral molecule by using linearly polarized UV laser pulses. Journal of the American Chemical Society, 134, 14279–14282. https://doi.org/10.1021/ja3047848
Mohammed, H., Mia, M. F., Wiggins, J., & Desai, S. (2025). Nanomaterials for energy storage systems—A review. Molecules, 30, 883. https://doi.org/10.3390/molecules30040883
Nobusada, K., & Yabana, K. (2007). Photoinduced electric currents in ring-shaped molecules by circularly polarized laser. Physical Review A, 75, 032518. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.75.032518
Steiner, E., & Fowler, P. W. (2001). Patterns of ring currents in conjugated molecules: A few-electron model based on orbital contributions. The Journal of Physical Chemistry A, 105, 9553–9562. https://doi.org/10.1021/jp011955m
Steiner, E., Soncini, A., & Fowler, P. W. (2005). Ring currents in the porphyrins: π-shielding, delocalisation pathways and the central cation. Organic & Biomolecular Chemistry, 3, 4053–4059. https://doi.org/10.1039/b511913h
Ulusoy, I. S., & Nest, M. (2011). Correlated electron dynamics: How aromaticity can be controlled. Journal of the American Chemical Society, 133, 20230–20236. https://doi.org/10.1021/ja206193t.