При помощи нестационарной теории функционала плотности (TD-DFT) на уровне X3LYP/6-31++G(d,p)/SMD вычислен вибронный спектр поглощения тиазинового красителя лазурного С (Azure C, AC) в водном растворе. Данное исследование является логическим продолжением опубликованной ранее работы [L.O. Kostjukova et al. Theor. Chem. Acc. 140 (2021) 114], в которой водное окружение AC задавалось неявно в приближении сплошной среды при помощи модели SMD. В настоящей работе использовалось комбинированное задание водного окружения: явным образом описывались четыре молекулы воды, образующие сильные водородные связи с молекулой красителя; остальная водная среда задавалась неявно, также методом SMD. Данный подход применялся с целью выяснения влияния сайт-специфических взаимодействий с растворителем как на основное, так и на возбужденное состояние молекулы красителя, и на переход между ними (сольватохромизм). Представляло интерес также и обратное влияние возбуждения молекулы AC на ее ближайшую гидратную оболочку. Расчеты показали, что имеет место усиление этих Н-связей при фотовозбуждении красителя. При этом максимум вибронного спектра поглощения AC испытывает батохромный сдвиг на 13 нм. Данные результаты проанализированы с точки зрения сольватохромной теории. Построены граничные молекулярные орбитали, между которыми происходит электронный переход, карты распределения электронной плотности и электростатического потенциала основного и возбужденного состояний системы «АС+4H2O». Выполнен анализ фотоиндуцированной поляризации молекулы красителя.
лазурный С, водный раствор, возбужденное состояние, вибронный спектр поглощения, сольватохромизм, водородная связь, нестационарная теория функционала плотности
1. Marshall P.N. The composition of stains produced by the oxidation of Methylene Blue. Histochem. J., 1976, vol. 8, pp. 431-442.
2. Penney D.P., Powers J.M., Frank M., Willis C., Churukian C. Analysis and testing of biological stains - The Biological Stain Commission Procedures. Biotech. Histochem., 2002, vol. 77, pp. 237-275.
3. Jana A.K., Bhowmik B.B. Enhancement in power output of solar cells consisting of mixed dyes. J. Photochem. Photobiol. A, 1999, vol. 122, pp. 53-56.
4. Orak I., Turut A., Toprak M. The comparison of electrical characterizations and photovoltaic performance of Al/p-Si and Al/Azure C/p-Si junctions devices. Synthetic Metals, 2015, vol. 200, pp. 66-73.
5. Nakaminami T., Kuwabata S., Yoneyama H. Electrochemical Oxidation of Cholesterol Catalyzed by Cholesterol Oxidase with Use of an Artificial Electron Mediator. Anal. Chem., 1997, vol. 69, pp. 2367-2372.
6. Bandyopadhyay P., Basu R., Das S., Bhar D.S., Manchanda R., Nandy P. Enhancement of Quantum Efficiency of a Dye-Sensitized Electrochemical Cell by using Triturated Zinc Oxide Mixed with Two Organic Dyes, Azure C and Rose Bengal.Int. J. High Dilution Res., 2017, vol. 16, pp. 1-6.
7. Gowda A.T., Gowda N.M.M., Gowda H.S., Rangappa K.S. Application of Azure C for the Extractive Spectrophotometric Determination of Microgram Amounts of Penicillin. J. Pharm. Methods, 1985, vol. 13, pp. 275-280.
8. Gowda A.T., Gowda N.M.M., Rangappa K.S. Spectrophotometric Determination of Saccharin in Soft Drinks and Pharmaceuticals. Anal. Lett., 1984, vol. 17, pp. 2129-2140.
9. Das S., Islam M., Jana G.C., Patra A., Jha P.K., Hossain M. Molecular binding of toxic phenothiazinium derivatives, azures to bovine serum albumin: a comparative spectroscopic, calorimetric, and in silico study. J. Mol. Recognit., 2017, e2609.
10. AlRammahi D.Y., Waheeb A.Z. Removal of Azure C Dye from Aqueous Solution Using Natural Clay Adsorbent.Int. J. Sci. Res., 2016, vol. 5, pp. 1110-1113.
11. Narband N., Uppal M., Dunnill C.W., Hyett G., Wilson M., Parkin I.P. The interaction between gold nanoparticles and cationic and anionic dyes: enhanced UV-visible absorption. Phys. Chem. Chem. Phys., 2009, vol. 11, pp. 10513-10518.
12. Narband N. Nanoparticles and photosensitisers; their interactions and antibacterial properties, PhD Thesis, University College London, 2009.
13. Chakraborty A., Ali M., Saha S.K. Molecular interaction of organic dyes in bulk and con ned media, Spectrochim. Acta A, 2010, vol. 75, pp. 1577-1583.
14. Marban G., Vu T.T., Valdes-Solis T. A simple visible spectrum deconvolution technique to prevent the artefact induced by the hypsochromic shift from masking the concentration of methylene blue in photodegradation experiments. Appl. Catal. A, 2011, 402, pp. 218-223.
15. AlShamsi H.A.H., Hamza A.T. Degradation of Thiazine Dyes Azure B and C by Sonolysis, Sonophotolysis and Sonocatalysis. Asian J. Chem., 2015, 27, pp. 1935-1940. DOI:https://doi.org/10.14233/ajchem.2015.18842
16. Mills A., Hazafy D., Parkinson J., Tuttle T., Hutchings M.G. Effect of alkali on methylene blue (C.I. Basic Blue 9) and other thiazine dyes. Dyes Pigments, 2011, vol. 88, pp. 149-155.
17. Havelcova M., Kubat P., Nemcova I. Photophysical properties of thiazine dyes in aqueous solution and in micelles. Dyes Pigments, 2000, vol. 44, pp. 49-54.
18. Bertolotti S.G., Previtali C.M. The excited states quenching of phenothiazine dyes by p-benzoquinones in polar solvents. Dyes Pigments, 1999, vol. 41, pp. 55-61.
19. McKamey M.R., Spitznagle L.A. Chromatographic, Mass Spectral, and Visible Light Absorption Characteristics of Toluidine Blue O and Related Dyes. J. Pharm. Sci., 1975, vol. 64, pp. 1452-1456.
20. Kostjukova L.O., Leontieva S.V., Kostjukov V.V. Vibronic absorption spectrum and electronic properties of Azure C in aqueous solution: TD-DFT study. Ther. Chem. Acc., 2021, vol. 140, p. 114.
21. Marenich A.V., Cramer C.J., Truhlar D.G. Universal solvation model based on solute electron density and a continuum model of the solvent defined by the bulk dielectric constant and atomic surface tensions. J. Phys. Chem. B, 2009, vol. 113, pp. 6378-6396.
22. Fleming S., Mills A., Tuttle T. Predicting the UV-vis spectra of oxazine dyes. Beilstein J. Org. Chem., 2011, vol. 7, pp. 432-441.
23. Xu X., Goddard W.A. The X3LYP extended density functional for accurate descriptions of nonbond interactions, spin states, and thermochemical properties. Proc. Natl. Acad. Sci., USA, 2004, vol. 101, pp. 2673-2677.
24. Zhao G.J., Han K.L. Effects of hydrogen bonding on tuning photochemistry: Concerted hydrogen-bond strengthening and weakening. ChemPhysChem, 2008, vol. 9, pp. 1842-1846.
25. Qin Z., Lib X., Zhou M. A Theoretical Study on Hydrogen-Bonded Complex of Proflavine Cation and Water: The Site-dependent Feature of Hydrogen Bond Strengthening and Weakening. J. Chin. Chem. Soc., 2014, vol. 61, pp. 1199-1204.
26. Condon E.U. Nuclear motions associated with electron transitions in diatomic molecules. Phys. Rev., 1928, vol. 32, pp. 858-872.
27. Baiardi A., Bloino J., Barone V. General Time Dependent Approach to Vibronic Spectroscopy Including Franck-Condon, Herzberg-Teller, and Duschinsky E ects. J. Chem. Theory Comput., 2013, vol. 9, pp. 4097-4115.
28. Herzberg G., Teller E. Schwingungsstruktur der Elektronenubergange bei mehratomigen Molekulen. Z. Phys. Chem. Abt. B, 1933, vol. 21, pp. 410-446.
29. Santoro F., Lami A., Improta R., Bloino J., Barone V. Effective method for the computation of optical spectra of large molecules at finite temperature including the Duschinsky and Herzberg-Teller effect: The Qx band of porphyrin as a case study. J. Chem. Phys., 2008, vol. 128, p. 224311.
30. Duschinsky F. The importance of the electron spectrum in multi atomic molecules. Concerning the Franck-Condon principle. Acta Physicochim., URSS, 1937, vol. 7, p. 551.
