菲朗throline（1,10-菲朗throline）是一种含氮的多环芳烃（N-PAH），在配位化学中广泛用作过渡金属的双齿配体[1]、[2]。其刚性的芳香骨架和氮供体位点使其能够进行多种功能化，从而衍生出在化学、生物学和材料科学中具有广泛应用的产品[3]、[4]、[5]。几种基于菲朗throline的化合物显示出抗癌、抗疟疾、抗菌和抗真菌活性，这通常与它们对核酸的亲和力有关[6]、[7]、[8]、[9]、[10]。此外，它们对金属离子的出色螯合作用扩展了其在环境修复[11]、化学传感[12]、光敏剂[13]和发光探针[14]中的应用。在这些衍生物中，氧化多环芳烃（O-PAHs）特别具有多功能性，通常是通过PAHs或N-PAHs的氧化获得的[3]。在芳香骨架中引入两个羰基（二酮）使phendione（1,10-菲朗throline-5,6-dione）具有独特的氧化还原和配位特性，从而拓宽了其在药理学和催化应用中的潜力。例如，Cirino等人[15]报道了phendione及其Cu和Ag配合物对Schistosoma mansoni（引起血吸虫病的病原体）和Angiostrongylus cantonensis（导致嗜酸性脑膜炎的病原体）的强大抗寄生虫活性。同样，Lakraychi等人[16]证明phendione–过渡金属配合物可以用于电化学储能，利用了羰基和金属中心的可逆氧化还原活性，最终提高了它们的储能能力。
尽管O-PAH化合物在化学、生物学和医学中得到广泛应用，但它们在低浓度下也表现出毒性，引发了环境和健康方面的担忧[17]、[18]、[19]。环境中O-PAH的主要来源与人为活动有关，如煤炭、化石燃料、石油和天然气的不完全燃烧，以及工业过程和车辆排放。它们也可能来自自然事件，如森林火灾和火山爆发[20]、[21]。由于分子量和极性较低，O-PAHs还容易渗入水环境和土壤[22]、[23]。它们也可能通过PAHs或N-PAHs的光降解形成[24]。O-PAHs表现出显著的遗传毒性、细胞毒性、促肿瘤活性、心血管毒性和发育毒性——通常超过其母体PAHs，并且与活体生物体内活性氧（ROS）的产生增加有关，导致氧化应激[25]。根据Zhang等人的研究[26]，吸入O-PAHs会损害肺功能，引起炎症和哮喘，而摄入可能导致消化器官发育不良甚至癌症。因此，开发消除这些污染物的方法对科学界具有重要意义，特别是那些关注稳定性和激发态性质的方法，因为光降解是降解这些化合物的最突出方法之一。
多项实验和理论/计算研究已经探讨了PAHs的降解途径，对N-PAHs的研究较少[27]、[28]。在之前的工作中，Santos和de Souza[29]使用密度泛函理论（DFT）和时变DFT（TD-DFT）研究了系列菲朗throline异构体（1,10-菲朗throline、1,7-菲朗throline和4,7-菲朗throline）的基态和低激发态。发现水分子与每个菲朗throline异构体之间的氢键相互作用显著影响了系统的基态和激发态性质，可能影响它们的相对稳定性、光激发和光解。此外，将菲朗throline异构体与之前研究过的结构相似的二吡啶异构体[30]进行比较提供了有价值的物理化学见解，表明多重氢键相互作用在调节激发态性质方面与链延长同样重要。尽管O-PAHs对环境和健康有负面影响，但研究其激发态及其氢键相互作用的研究仍然很少。这一知识空白是本工作的核心动机。
因此，在本工作中，我们研究了一系列O-PAH化合物（9,10-菲朗threnequinone、4,7-菲朗throline-5,6-dione和1,10-菲朗throline-5,6-dione）的基态和低激发态，其结构如图1所示。这些分子可以被视为在5和6位置引入了羰基（二酮）的菲朗throline类似物。为了对比，还考虑了不含氮杂原子的类似形式（9,10-菲朗threnequinone）。结果表明，虽然微溶剂化引入的氢键相互作用影响了9,10-菲朗throlinequinone的垂直激发能量（VEs）并增强了广义振子强度（GOS），但氧化菲朗throline异构体没有表现出能够实现光解的任何低激发态。这表明4,7-菲朗throline-5,6-dione和1,10-菲朗throline-5,6-dione分子骨架中二酮和氮杂原子的共同存在使这些化合物更不易发生光解。
