HOMO(the highest occupied molecular orbital) and LUMO(the lowest unoccupied molecular orbital) of four recalcitrant polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) were calculated by MOPAC program(CaChe Co). The previous papers which reported experimental results about radical reaction of PAHs were reviewed. The reported radical reaction positions of four PAHs corresponded with predicted positions in which ${\Delta}E$(HOMO-LUMO) was high. From these results, it appears that determining the ${\Delta}E$(HOMO-LUMO) of a PAH is a promising method for predicting the radical reaction position.
The electronic structures and properties of the neutral and multiply charged C60n ions (n=2+ to 6-) with spin states have been investigated by semi-empirical MNDO calculations. In the ground state, C601- has the lowest total energy and the highest binding energy. The neutral C60 ion is supposed to have a high ionization potential and a high electron affinity. The HOMO and LUMO positions are lower in the cationic C60 than in the anionic C60. The LUMO energy becomes increasingly positive from C601- to C606- and the HOMO energy becomes increasingly negative from C602+ to C60. The HOMO-LUMO gap of the neutral C60 ion is higher than that of the multiply charged C60 ions. From the HOMO-LUMO gap, it seems reasonable to expect that electrons of the multiply charged C60 ions will be more polarizable than those of the neutral C60 ion. The HOMO and LUMO energies increase as the negative charge increases.
폴리엔의 HOMO-LUMO gap, 정적 및 동적인 3차 편극율을 시간의존 Hartree Fock 반경험적 PM3, AM1, MODO, MINDO/3 방법을 이용하여 구하였다. $C_2H_4$로부터 $C_{32}H_{34}$까지 모든 계산이 수행되었다. HOMO-LUMO gap은 MINDO/3>MNDO>PM3>AM1 순서로 증가하였으며, THG, DC-EFIDHG, IDRI, OKE효과는 AM1>MNDO>PM3 순서로 증가하였다. 다양한 3차 효과는 THG>DC-EFISHG>IDRI>OKE순서로 증가함을 보여주고 있다.
$C_{16}H_{16}O_3$의 중성분자, 음이온, 그리고 양이온에 대하여 양자역학적 방법을 사용하여, 분자구조, 진동주파수 그리고 HOMO-LUMO 차이와 재편성에너지(reorganization energy)를 통한 전하이동성 특성을 연구하였다. 분자구조는 $B3LYP/6-311G^{**}$ 수준까지 최적화 하여 안정한 구조를 찾았다. 또한 진동주파수를 계산하여 안정한 상태의 분자구조를 확인하였으며, 액정의 전하이동성 특성을 분석하기 위해서 HOMO-LUMO 에너지 차이와 재편성에너지를 계산하였다. $C_{16}H_{16}O_3$의 HOMO-LUMO 에너지 차이는 중성분자의 경우 4.45 eV, 음이온과 양이온에 대해서는 각각 1.46 eV, 1.53 eV로 계산되었고, 재편성에너지는 음이온의 경우 0.59 eV, 그리고 양이온의 경우 0.43 eV로 계산되었다.
최근에 benzobisoxazole (BBO) 분자가 HOMO와 LUMO 에너지 준위를 각각 독립적으로 조절하는데 사용될 수 있다는 연구가 보고되었다. 이 연구에서는 이 흥미로운 BBO 분자의 특성을 치환기에 따른 치환기 효과를 정량적으로 조사하는데 이용해보았다. BBO 분자를 중심으로 π-컨쥬게이션 길이를 확장시켜 4개의 BBO 모델 시스템을(1BBO, 2BBO, 3BBO, 4BBO) 디자인하고 제안했다. 치환은 두 방향(x-축, y-축), 총 15개의 치환기가 고려되었다. DFT 방법으로 계산된 x-축 치환 LUMO 에너지 준위와 y-축 치환 HOMO 에너지 준위 사이의 강한 상관관계로부터, BBO 모델 시스템들이 치환기 효과를 표준화 할 수 있음을 밝혔다. 또한 3BBO 시스템의 x-축 치환 HOMO 에너지 준위가 치환기 효과의 순서를 규정하는데 가장 적합한 것을 입증했다. 우리가 제안한 방법은 어떤 임의의 치환기에 대한 치환기 효과를 예측하는데 활용 될 수 있고, 유기 센서나 유기 발광 다이오드 개발에 활용될 수 있다.
The energy levels are very important to investigate properties of organic dye materials. These values of energy levels can be calculated and compared with absorption spectra, cyclic voltammetric measurement and computer simulative calculation. In this study, absorption and emission changes were observed by complexation between rhodamine 6G based dye and mercury. This is related to spirolactam ring system of rhodamine 6G based dye. According to structural change of this dye, HOMO and LUMO energy levels were investigated and determined by their values with different approaches.
Nowdays, the computational simulation of molecular energy potentials and the empirical evidence using electrochemical reduction/oxidation values are very significant factors to predict of molecule's energy potentials. The prepared chemosensor herein consists of spirolactam ring system in the structure, providing intra-structural change with metal cation binding. In this study, rhodamine 6G-Naphthaldehyde chemosensor was determined and compared with HOMO/LUMO energy levels by computational calculation and cyclic voltammogram method.
Rhodamine dyes have been studied in various scientific areas due to their excellent photophysical properties. In particular, these rhodamine dyes are one of the most famous fluorophores as signal unit in chemosensor study. This is related to spirolactam ring system in rhodamine dyes. When the spirolactam ring is closed, there is nonfluorescence and colorless. Whereas, ring-opening of the corresponding spirolactam induces strong fluorescence and color. These absorption and emission changes are related to structural changes as well as electron energy potential levels such as HOMO and LUMO values. In this study, two different structures of rhodamine 6G hydrazide depending on the spirolactam ring system were investigated using absorption measurement, electrochemical measurement and computational calculations.
Each four polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) was reacted with OH radical at $1.5{\AA}$ distance by CAChe MOPAC 2000 program. These results were compared to those reported experimental results. Reaction positions of all four PAHs corresponded with predicted positions in which ${\Delta}$E(HOMO-LUMO) was approximately 4.7. Finally oxygen of OH radical combined with PAH and quinone form of products were produced. These results indicate that the proposed determining the ${\Delta}$E(HOMO-LUMO) can be effectively applied to predict reaction position of recalcitrant compounds such as dioxins, PCBs, POPs, and etc.
Park, Seung-Hyun;Kim, Su-Jin;Kim, Jin-Dong;Park, Sung-Bae;Huh, Do-Sung;Shim, Yong-Key;Choe, Sang-Joon
Bulletin of the Korean Chemical Society
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제29권6호
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pp.1141-1148
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2008
Geometry optimizations and electronic structure calculations are reported for meso-tetraphenyl porphyrin (TPP) and a series of meso-substituted catecholic porphyrins (KP99150, KP99151, KP99152, KP99153, and KP99090) using density functional theory (DFT). The calculated B3LYP//RHF bond lengths are slightly longer than those of LSDA//RHF. The calculated electronic structures clearly show that TPP and meso-catecholic group contribute to π-electron conjugation along porphyrin ring for HOMO and LUMO, significantly reduced the HOMO-LUMO gap. The wavelength due to B3LYP energy gaps is favored with experimental value in Soret (B), and LSDA energy gaps are favored with experimental value in visible bands (Q). The electronic effect of the catecholic groups is to reduced energies of both the HOMOs and LUMOs. However, the distortion of porphyrin predominantly raises the energies of the HOMOs, so the net result is a large drop in HOMO and smaller drop in LUMO energies upon meso-substituted catecholic group of the porphyrin macrocycle as shown in KP99151 and KP99152 of Figure 5(a). These results are in reasonable agreement with normal-coordinate structural decomposition (NSD) results. The HOMO-LUMO gap is an important factor to consider in the development of photodynamic therapy (PDT).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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