萤光素类似物激发态的TD-DFT计算精度评估.pdf

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1、2015年9月化学研究5O7第26卷第5期CHEMICALRESEARCHhttp：／／hxya．cbpt．cnki．net萤光素类似物激发态的TD—DFT计算精度评估石瑞婷，王炳强，张彩云，张坚(山西师范大学化学与材料科学学院，山西临汾041000)摘要：采用含时密度泛函理论(TD-DFT)对8种已知萤光素类似物的垂直激发能和发射能进行了系统的考察．选取1O种交换一相关(xc)泛函对8种萤光素类似物的基态和第一单重激发态结构、吸收和发射光谱进行了计算，并将得到的结果与实验数据进行对照．结果表明，该系列物质吸收光谱和发射光谱的

2、计算对XC泛函的选择非常敏感．B3LYP、mPW3PBE、B3PW91方法能够提供较好理论计算结果，吸收光谱的均方根误差(RMS)在O．4OeV以内，标准差(SD)在O．27eV以内；发射光谱的RMS在O．24eV以内，SD在0．17eV以内．关键词：萤光素类似物；含时密度泛函；吸收光谱；发射光谱中图分类号：O641文献标志码：A文章编号：1008—1011(2015)05—0507—08AssessmentofTD—DFTincalculationsofexcited—statesofluciferinanaloSH1Rui

3、ting，WANGBingqiang，ZHANGCaiyun，ZHANGJian(SchoolofChemistryandMaterialsScience，ShanxiNormalUniversity，Linfen041000，Shanxi，China)Abstract：Theabsorptionandemissionspectraofeightknownluciferinanalogswereinvestiga—tedbytimedependentdensityfunctionaltheory(T【)_DFT)．Geomet

4、riesandtransitionenergiesofeightluciferinanalogswerecalculatedbytenXCfunctionalsandtheresultswerecomparedwiththedataofexperiment．TheresultsshowedthecalculationsofspectraofluciferinanalogsaresensitivetothechoiceofXCfunctiona1．Amongthe10testedfunctionals，B3LYP，mPW3PBE

5、andB3PW91yieldbettertheoreticalcalculationresultsforabsorptionandemissionspectra．Forabsorptionspectra，theRMSwas1essthan0．4OeVandSDwaslessthan0．27eV：foremissionspectra，theRMSwas1essthan0．24eVandSDwasIessthan0．17eV．Keywords：luciferinanalogs；time—dependent—densityfunct

6、ionaltheory(TD—DFT)；absorptionspectra；emissionspectra在自然界中许多生物体都具有独特的发光性对于萤光素分子的发光机理研究者们提出了多种假能，其中人们研究最多的是水母和萤火虫．自然界设l_3’5-163，目前最广为人们接受的一种化学原理可中萤火虫的发光效率可达到41．0±7．4]，比一分为两大步：(S)一2一(6-羟基一2一苯并噻唑基)一2一噻唑般的电光源物质发光效率大得多(最大效率仅有啉一4一羧基(D-LH)和腺苷一5一三磷酸盐(ATP)生成60A)_2]．萤火虫体内萤光素[

7、(S)一2一(6一羟基一2一苯萤光素一腺苷酸(LH。一AMP)；萤光素一腺苷酸被氧化并噻唑基)-2-噻唑啉一4一羧酸(D—luciferin)]在萤光生成氧化萤光素(OXYLH)、二氧化碳和腺苷一5一磷素酶的催化作用下可以发出多种色彩的可见光，显酸(AMP)DT-z0]．由于萤光素类似物具有发光强度示出优异的发光性能，引起科学家的密切关注L3]．大、发光效率高、发热量低等特点，因而被广泛地应用在医药、ATP的分析测定、微生物检测、生物传感收稿日期：2015—05—06．器、生物成像、基因检测报告等方面口卜引．作者简介：石瑞婷(

8、1987一)，女，硕士生，主要从事量子化学计算研萤光素类似物的发光过程是分子由能量弛豫的究．通讯联系人，E—mail：wangbq2007@163．com．第一激发单重态(S)向基态(S。)的单电子垂直跃DOI：10．14002／j．hxya．2015．05．012l化学研究