基于密度泛函理论探究共轭互变异构质子起重机的理论设计

《Micromachines》：Improving Long-Range Intramolecular Proton Transfer—Further Molecular Design Using the Successful Molecular Switch 8-(Benzo[d]thiazol-2-yl)quinolin-7-ol (HQBT) as a Structural Model

　　

摘要

质子起重机是一种单分子光开关，其转子部分和定子部分相互连接，切换事件基于定子内的多步长程分子内质子转移。分子内运动过程使此类结构成为纳米分子水平机器的原型，具有作为新型材料的广泛潜在应用前景，因此需要采用多方面的方法对其进行研究。本文利用密度泛函理论计算，在不同环境中尝试了共轭互变异构质子起重机的理论设计，其中苯并噻唑作为互变异构转子，多种含羟基互变异构杂环作为可能的定子。基态势能面的形状被用于评估可能质子起重机的适用性。先前已开发并研究的一种名为HQBT的质子起重机，其中苯并噻唑转子连接在喹啉-7-醇定子的第八位，被用作比较实例。结果表明，在特定条件下，基于喹喔啉-7-醇的质子起重机在非极性介质中可能具有实际适用性，而在该环境中HQBT的性能并不令人满意。