The infrared fundamental intensities of some cyanopolyynes

Some cyanopolyynes, HCnN (n = 1, 3, ... , 17), are investigated by means of calculations at the MP2/cc-pVTZ and CCSD/cc-pVDZ levels. Although the MP2/cc-pVTZ results for geometries and molecular dipole moments are encouraging, the CCSD/cc-pVDZ level was superior for the study of infrared fundamental intensities. The main bands are also analyzed with a charge-charge flux-dipole flux (CCFDF) partition model based on quantities given by the Quantum Theory of Atoms in Molecules (QTAIM). The intensity of vibrations corresponding to the stretching of CH bonds (3471-3473 cm(-1)) increases in line with the number of carbon atoms (from 61 to 146 km mol(-1) between HCN and HC13N). This increase is due to the charge flux contribution while the other contributions remain roughly unaltered except for HCN. Moreover, the hydrogen atom loses an almost constant amount of electronic charge during the CH bond enlargement and a small fraction of this charge spreads to atoms farther and farther away from hydrogen as the molecule size increases. The band associated with the doubly degenerate CH bending vibrations (643-732 cm(-1)) presents approximately the same intensity in all the studied cyanopolyynes (from 67 to 76 km mol(-1)). The CCFDF/QTAIM contributions are also nearly the same for these bending modes in HC5N and larger systems. The intensity of the mode mostly identified as CN stretching (around 2378-2399 cm(-1) except for HCN) increases from HCN up to HC7N (from 0.3 to 83 km mol(-1)) and nearly stabilizes around 80-90 km mol(-1) for larger systems. The CCFDF/QTAIM contributions for this mode also change significantly up to HC7N and remain almost constant in larger systems. We also observed the appearing of a very relevant band between 2283 and 2342 cm(-1). This mode is mainly associated with the symmetric stretching of CC triple bonds near the molecule center and exhibits large charge fluxes while the other contributions are almost negligible in the largest cyanopolyynes. The two vibrational bands associated with the smallest frequencies are also studied and extrapolation equations are suggested to predict their positions in larger cyanopolyynes. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Untersuchungen über das Schalten photochromer Indolinospirobenzopyrane

Zusammenfassung Im Rahmen dieser Arbeit wurden grundlegende Aspekte der Photomodulation der Aktivität von Biomolekülen behandelt. Im ersten Teil der Arbeit wurde ein Weg ausgearbeitet, photochrome Indolinospirobenzopyrane kovalent an Immunoglobulin G zu koppeln. Dazu wurde ein vollständig wässriges Verfahren entwickelt, was die Synthese eines noch nicht in der Literatur beschriebenen wasserlöslichen und gleichzeitig zur Kopplung befähigten Indolinospirobenzopyrans voraussetzte. Der zweite Teil der Arbeit beschäftigte sich mit der spektroskopischen Charakterisierung einer Reihe von photochromen Indolinospirobenzopyranen. Zur Untersuchung der Kinetik des Schaltprozesses wurde die zeitaufgelöste, transiente Absorptionsspektroskopie eingesetzt. Die erhaltenen Daten wurden vor dem Hintergrund von in der Literatur postulierten Schaltmechanismen kontrovers diskutiert. Darüber hinaus wurden mit Hilfe der elektrooptischen Absorptionsmessung die Dipolmomente im Grundzustand und im ersten angeregten Zustand für eine Reihe von Indolinospirobenzopyranen bestimmt. Zur Durchführung der Messungen wurde die bestehende Apparatur zu Messung von photochromen Verbindungen im photostationären Gleichgewicht erweitert. Erwartungsgemäß wurden für die Merocyaninformen sehr große Dipolmomente um 18 Debye gefunden. Das Dipolmoment im ersten angeregten Zustand betrug dagegen nur etwa 12 Debye. Im Fall der Spiroformen war das Dipolmoment im Grundzustand klein (3-5 Debye), während es im ersten angeregten Zustand auf etwa 20 D anstieg.

Synthese und photophysikalische Eigenschaften funktionalisierter 1-Oligoalkinylamide

Synthese und photophysikalische Eigenschaften funktionalisierter 1-Oligoalkinylamide Torsten Schweikert Zusammenfassung der Dissertation zur Erlangung des Grades „Doktor der Naturwissenschaften“ Die Zielsetzung dieser Arbeit bestand aus der Synthese verschiedener 1-Oligoalkinylamide und deren Funktionalisierung mit endständigen Akzeptoreinheiten, um einen Zugang zu konjugierten Donor-Akzeptor-substituierten Acetylenchromophoren zu realisieren, welche die Aminogruppe direkt am Acetylenkohlenstoff tragen. In einer kupfer(I)-katalysierten Cadiot-Chodkiewicz-Reaktion konnten terminale 1-Alkinylamide 1 mit verschiedenen substituierten 1-Bromalkinen 2 zu den 1-Oligoalkinylamiden 3 umgesetzt werden. Die Reaktion zeichnet sich durch eine hohe Toleranz gegenüber verschiedenen funktionellen Gruppen aus und lieferte die 1-Oligoalkinylamide 3 in Ausbeuten von 34 bis 99 %. NR1EWGNR2R1EWGR2Br5 Mol-% CuI30 Mol-% NH2OH·H2O2.0 Äquiv. n-BuNH2MeOH0 °C - 40 °C, 0.5 - 2 h34 - 99 %1.5 Äquiv. 213R1: Phenyl, 2-Iodphenyl, Benzyl, AlkylR2: Alkyl, Hydroxyalkyl, O-Tetrahydropyranyloxyalkyl, Methylester, 4-Nitrophenyl, 4-Cyanophenyl, 4-Dimesitylborylphenylnn Mittels UV/Vis-Spektroskopie sind die verschiedenen Donor-Akzeptor-substituierten Chromophore auf ihre photophysikalischen Eigenschaften hin untersucht worden. Dabei zeigten sich verschiedene Effekte bei Variation der Donor- und Akzeptorgruppen sowie bei Verlängerung der Acetylenbrücke auf die Lage der Charge-Transfer-Bande. Die Solvatochromie der Absorptionsbanden zeigte das Vorhandensein eines permanenten Dipolmoments der Verbindungen. Die elektrooptische Absorptionsmessung konnte schließlich Informationen über die Größe der Dipolmomente im Grundzustand und im angeregten Franck-Condon-Zustand liefern. Die elektrischen Dipolmomente der Verbindungen im Grundzustand in 1,4-Dioxan und Cyclohexan liegen im Bereich von (9.4 – 12.2)10-30 Cm. Nach optischer Anregung erhöhen sich die Dipolmomente um (25.0 – 92.3)10-30 Cm, wobei die Änderung des Dipolmoments bei optischer Anregung ein Maximum für die 1-Diinylamide durchläuft und bei drei konjugierten Acetylenbindungen stark abnimmt. Die synthetisierten 1-Diinylamide fanden ferner Anwendung in der Synthese von funktionalisierten 3-Alkinylindolen, wobei mittels einer palladiumkatalysierten Heteroanellierungssequenz in 2-Position am Indol ein Schwefel- oder Stickstoffnucleophil eingeführt werden konnte.

Amidverknüpfte Ferrocene - schaltbare molekulare Drähte und Sensoren

In dieser Arbeit werden Synthesen und Eigenschaften von Verbindungen mit einer oder mehreren Ferrocen- bzw. Biferroceneinheiten beschrieben, die über Amid-, Anhydrid- oder Harnstoff-Funktionen verknüpft oder mittels Amidfunktion an α-Aminosäurederivate gebunden sind. Als Zentralbausteine dienen die künstlichen Aminosäuren 1’-Aminoferrocen-1-carbonsäure (Fca) bzw. 1’-Aminobiferrocen-1-carbonsäure (Bfca). Die Ferroceneinheit agiert als redoxschaltbares Gelenk, die Amidfunktion ermöglicht die Ausbildung von Sekundärstrukturen und die Bindung von Anionen. Das redoxschaltbare „Multiwellenlängen“-Sensorpaar [Dansyl-Ala-Fca-Ala-CH2-Naphthyl]0/+ ist in der Lage, insgesamt sieben Anionen aufgrund von sechs einfach zu erhaltenden optischen Messwerten eindeutig zu diskriminieren. Die Vorzugskonformation des neutralen Rezeptors mit intramolekularen Wasserstoffbrücken wird mittels X-Ray, NMR- und DFT-Methoden im Festkörper, in Lösung und in der Gasphase bestimmt. Die oligomeren Fca-Verbindungen SG-Fcan-HN-Fc (SG = Boc, Fmoc; n = 1, 2) und SG-Fca2-OMe (SG = Boc, Fmoc) werden mittels Peptidkupplung in Lösung hergestellt, Fmoc-Fca3-Gly-OMe, Fmoc-Fcan-OMe (n = 3-5) und Fmoc-Fca4-NH2 dagegen durch ein neu entwickeltes Festphasensynthese-Protokoll. Die amidverknüpften Verbindungen bilden eine „Zick-Zack“-Struktur mit 1,2’-Konformation der Fca-Einheiten und achtgliedrigen intramolekularen Wasserstoffbrücken-Ringen, wie durch X-Ray, 2D-NMR-, DFT-Methoden und Dipolmoment-Bestimmung gezeigt wird. Elektrochemische Experimente belegen eine elektronische Wechselwirkung der Eisenzentren. Die gemischt-valenten Verbindungen zeichnen sich durch IVCT-Banden im nahen Infrarot aus. Die elektronische Kopplungskonstante beträgt Hab ≈ 145-215 cm–1 für einen einzelnen FeII/FeIII-Übergang und belegt die Zugehörigkeit der Verbindungen zur Robin-Day-Klasse II. Im Festkörper sind die Valenzen gemäß Mößbauerspektren lokalisiert. Die vollständig oxidierten Verbindungen liegen nach DFT-Rechnungen nicht mehr in einer „Zick-Zack“-Struktur, sondern in einer gestreckten Konformation vor. Als Nebenprodukte bei der Amidkupplung werden die Anhydride SG-(Fca)2O (SG = Ac, Boc, Fmoc) isoliert. Diese zählen aufgrund des Fehlens einer IVCT-Bande zur Klasse I-II. Die ferrocenyloge Bfca wird in Form der N- und C-geschützten Bfca auf zwei Wegen synthetisiert. Schlüsselschritte stellen die Cu(II)-vermittelte Homokupplung bzw. die Pd-katalysierte Stille-Kupplung dar. Bfca und die amid- und harnstoffverknüpften Bis-Bfca-Verbindungen besitzen keine nachweisbare Vorzugskonformation in Lösung. Die gemischt-valenten Bfca-Kationen zeigen eine IVCT-Bande (Hab ≈ 300-600 cm–1) und gehören eher zur Klasse II-III. Die gemischt-valenten Verbindungen des als Nebenprodukt isolierten Tetraferrocenylstannans Sn[Fn(COOMe)4] (Fn = 1,1’-Ferrocenylen) mit einatomiger σ-Brücke zwischen den Ferroceneinheiten, zeigen IVCT-Banden im NIR-Spektrum und gehören somit zur Klasse II. Die elektronischen Kopplungen in Sn[Fn(COOMe)4]+/2+ betragen Hab ≈ 145 und 220 cm–1.

Charge transport in organic photovoltaic cells

Die vorliegende Dissertation dient dazu, das Verständnis des Ladungstransportes in organischen Solarzellen zu vertiefen. Mit Hilfe von Computersimulationen wird die Bewegung von Ladungsträgern in organischen Materialien rekonstruiert, und zwar ausgehend von den quantenmechanischen Prozessen auf mikroskopischer Ebene bis hin zur makroskopischen Skala, wo Ladungsträgermobilitäten quantifizierbar werden. Auf Grundlage dieses skalenübergreifenden Ansatzes werden Beziehungen zwischen der chemischen Struktur organischer Moleküle und der makroskopischen Mobilität hergestellt (Struktur-Eigenschafts-Beziehungen), die zu der Optimierung photovoltaischer Wirkungsgrade beitragen. Das Simulationsmodell beinhaltet folgende drei Schlüsselkomponenten. Erstens eine Morphologie, d. h. ein atomistisch aufgelöstes Modell der molekularen Anordnung in dem untersuchten Material. Zweitens ein Hüpfmodell des Ladungstransportes, das Ladungswanderung als eine Abfolge von Ladungstransferreaktionen zwischen einzelnen Molekülen beschreibt. Drittens ein nichtadiabatisches Modell des Ladungstransfers, das Übergangsraten durch drei Parameter ausdrückt: Reorganisationsenergien, Lageenergien und Transferintegrale. Die Ladungstransport-Simulationen richten sich auf die Materialklasse der dicyanovinyl-substituierten Oligothiophene und umfassen Morphologien von Einkristallen, Dünnschichten sowie amorphen/smektischen Mesophasen. Ein allgemeiner Befund ist, dass die molekulare Architektur, bestehend aus einer Akzeptor-Donor-Akzeptor-Sequenz und einem flexiblen Oligomergerüst, eine erhebliche Variation molekularer Dipolmomente und damit der Lageenergien bewirkt. Diese energetische Unordnung ist ungewöhnlich hoch in den Kristallen und umso höher in den Mesophasen. Für die Einkristalle wird beobachtet, dass Kristallstrukturen mit ausgeprägter π-Stapelung und entsprechend großer Transferintegrale zu verhältnismäßig niedrigen Mobilitäten führen. Dieses Verhalten wird zurückgeführt auf die Ausbildung bevorzugter Transportrichtungen, die anfällig für energetische Störungen sind. Für die Dünnschichten bestätigt sich diese Argumentation und liefert ein mikroskopisches Verständnis für experimentelle Mobilitäten. In der Tat korrelieren die Simulationsergebnisse sowohl mit gemessenen Mobilitäten als auch mit photovoltaischen Wirkungsgraden. Für die amorphen/smektischen Systeme steigt die energetische Unordnung mit der Oligomerlänge, sie führt aber auch zu einer unerwarteten Mobilitätsabnahme in dem stärker geordneten smektischen Zustand. Als Ursache dafür erweist sich, dass die smektische Schichtung der räumlichen Korrelation der energetischen Unordnung entgegensteht.

Charge generation and recombination in solid-state dye-sensitized solar cells

Diese Doktorarbeit befasst sich mit Ladungsgeneration und – rekombination in Feststoff-Farbstoffsolarzellen, die spiro-OMeTAD als Lochleiter verwenden. Die vorliegende Arbeit ist in drei Fallstudien unterteilt: i.) Kern-erweiterte Rylen-Farbstoffe, ii.) ein Perylenmonoimid-Farbstoff und iii.) Donor-π verbrückte (Cyclopentadithiophen)-Akzeptor-Farbstoffe. Trotz ihres hohen molaren Extinktionskoeffizienten und der hohen Absorbanz der sensibilisierten Filme, zeigen einige dieser Farbstoffmoleküle nur geringe photovoltaischen Effizienzen. Um den Ursprung des geringen Wirkungsgrades herauszufinden, wurde breitbandige, ultraschnelle transiente Absorptionsspektroskopie an Solarzellen durchgeführt.rnInsbesondere die Auswirkungen verschiedender Ankergruppen, Dipolmomente, Photolumineszenzlebenszeiten, Lithium-Kationensensitivität und Ladungsträgerdynamik, die alle einen großen Einfluss auf den Wirkungsgrad der Solarzelle besitzen, wurden untersucht. In der ersten Fallstudie zeigte ein kurzer Rylen-Farbstoff aufgrund deutlich verlängerter Lebenszeiten die beste Effizienz im Vergleich zu größeren Kern-erweiterten Rylen-Farbstoffen. Die Lebenszeit wurde weiter reduziert, wenn Maleinsäure als Ankergruppe unter einer Ringöffnungsreaktion an die mesoporöse Oberfläche des Metalloxid-Halbleiters adsorbierte. Dies konnte mit Hilfe von Berechnungen mittels der Dichtefunktionaltheorie (DFT, B3LYP) auf die Differenz des Dipolmoments zwischen Grundzustand und angeregtem Zustand zurückgeführt werden. Die Berechnungen bekräftigen die unvorteilhafte Injektion von Ladungen durch die Änderung der Richtung des Dipolmoments, wenn eine Ringöffnung der Anhydridgruppe stattfindet. In der zweiten Studie zeigte das Perylenmonoimid-Derivat ID889 einen Wirkungsgrad von 4.5% in Feststoff-Farbstoffsolarzellen, wobei ID889 sogar ohne Zuhilfenahme eines Additivs in der Lage ist langlebige Farbstoffkationen zu bilden. Die Verwendung von Lithium-Kationen stabilisiert jedoch sowohl den Prozess der Ladungsgeneration als auch den der Ladungsregeneration. Des Weiteren wurde in ID889-sensitivierten Bauteilen kein reduktives Löschen beobachtet. Dabei wurde die Dynamik der Exzitonen mittels einer soft-modelling Methode Kurvenanalyse aus den Daten der transienten Absorptionsspektroskopie gewonnen. Zuletzt wurden Strukturen mit Cyclopentadithiophen(CPDT)-Baustein untersucht, die eine typische D-π-A Molekülstruktur bilden. FPH224 und 233 zeigten dabei eine bessere Effizienz als FPH231 und 303 aufgrund einer großen Injektionseffizienz (IE) und längerer Lebenszeit der angeregten Zustände. Dies kann auf reduktives Löschen in FPH231 und 303 zurückgeführt werden, wohingegen FPH224 und 233 einen moderaten Zerfall des Spirokationensignals zeigten.

Solvatochromic and Thermochromic Studies of Tryptanthrin

Solvatochromism and thermochromism describe how a solvent or environment affects the photophysical behavior of a photoluminescent solute. The most common use of solvatochromism is as a probe in which the polarity of a solvent in which a solvatochromic solute is dissolved can be spectroscopically measured. Solvatochromic and thermochromic studies of tryptanthrin in several different solvents are reported. Absorption and corrected emission spectra for tryptanthrin at ~10-6 M concentrations are reported in four aprotic and nine alcoholic solvents. The absorption spectra are relatively unaffected by changes in solvent polarity and by differences in the hydrogen bonding ability of the alcoholic solvents. The emission spectra are much more affected by changes in solvent polarity and hydrogen bonding ability. In aprotic solvents, emission energy decreases and emission intensity increases with increasing solvent polarity. In the alcoholic solvents, emission energy also decreases with increasing solvent polarity. However, emission intensity for the alcoholic solvents varies significantly from the aprotic solvents over similar polarity ranges. This suggests that in the alcoholic solvents, hydrogen bonding ability correlates better than polarity to emission energy and intensity trends. The absorption and emission data in the aprotic solvents were also used to estimate the ground and emitting excited state dipole moments for tryptanthrin. The value obtained for the ground state dipole moment (2.37 D) agrees with theoretical results (2.06 D) and a previously reported experimental value (2.0 D). Attempts to explain previously reported results and conclusions with respect to the solvatochromic behavior of the aromatic carbonyls fluorenone and benzo(b)fluorenone were explored in an attempt to understand the solvatochromic response of tryptanthrin. Such attempts include models dependent on non-radiative decay pathways like intersystem crossing, internal conversion, and hydrogen bonding interactions.

OPTIMAL SHAPE IN ELECTROMAGNETIC SCATTERING BY SMALL ASPHERICAL PARTICLES

We consider the question of optimal shapes, e.g., those causing minimal extinction among all shapes of equal volume. Guided by the isoperimetric property of a sphere, relevant in the geometrical optics limit of scattering by large particles, we examine an analogous question in the low frequency (electrostatics) approximation, seeking to disentangle electric and geometric contributions. To that end, we survey the literature on shape functionals and focus on ellipsoids, giving a simple proof of spherical optimality for the coated ellipsoidal particle. Monotonic increase with asphericity in the low frequency regime for orientation-averaged induced dipole moments and scattering cross-sections is also shown. Additional physical insight is obtained from the Rayleigh-Gans (transparent) limit and eccentricity expansions. We propose connecting low and high frequency regime in a single minimum principle valid for all size parameters, provided that reasonable size distributions of randomly oriented aspherical particles wash out the resonances for intermediate size parameters. This proposal is further supported by the sum rule for integrated extinction.

Flavor-phenomenology of two-Higgs-doublet models with generic Yukawa structure

In this article, we perform an extensive study of flavor observables in a two-Higgs-doublet model with generic Yukawa structure (of type III). This model is interesting not only because it is the decoupling limit of the minimal supersymmetric standard model but also because of its rich flavor phenomenology which also allows for sizable effects not only in flavor-changing neutral-current (FCNC) processes but also in tauonic B decays. We examine the possible effects in flavor physics and constrain the model both from tree-level processes and from loop observables. The free parameters of the model are the heavy Higgs mass, tanβ (the ratio of vacuum expectation values) and the “nonholomorphic” Yukawa couplings ϵfij(f=u,d,ℓ). In our analysis we constrain the elements ϵfij in various ways: In a first step we give order of magnitude constraints on ϵfij from ’t Hooft’s naturalness criterion, finding that all ϵfij must be rather small unless the third generation is involved. In a second step, we constrain the Yukawa structure of the type-III two-Higgs-doublet model from tree-level FCNC processes (Bs,d→μ+μ−, KL→μ+μ−, D¯¯¯0→μ+μ−, ΔF=2 processes, τ−→μ−μ+μ−, τ−→e−μ+μ− and μ−→e−e+e−) and observe that all flavor off-diagonal elements of these couplings, except ϵu32,31 and ϵu23,13, must be very small in order to satisfy the current experimental bounds. In a third step, we consider Higgs mediated loop contributions to FCNC processes [b→s(d)γ, Bs,d mixing, K−K¯¯¯ mixing and μ→eγ] finding that also ϵu13 and ϵu23 must be very small, while the bounds on ϵu31 and ϵu32 are especially weak. Furthermore, considering the constraints from electric dipole moments we obtain constrains on some parameters ϵu,ℓij. Taking into account the constraints from FCNC processes we study the size of possible effects in the tauonic B decays (B→τν, B→Dτν and B→D∗τν) as well as in D(s)→τν, D(s)→μν, K(π)→eν, K(π)→μν and τ→K(π)ν which are all sensitive to tree-level charged Higgs exchange. Interestingly, the unconstrained ϵu32,31 are just the elements which directly enter the branching ratios for B→τν, B→Dτν and B→D∗τν. We show that they can explain the deviations from the SM predictions in these processes without fine-tuning. Furthermore, B→τν, B→Dτν and B→D∗τν can even be explained simultaneously. Finally, we give upper limits on the branching ratios of the lepton flavor-violating neutral B meson decays (Bs,d→μe, Bs,d→τe and Bs,d→τμ) and correlate the radiative lepton decays (τ→μγ, τ→eγ and μ→eγ) to the corresponding neutral current lepton decays (τ−→μ−μ+μ−, τ−→e−μ+μ− and μ−→e−e+e−). A detailed Appendix contains all relevant information for the considered processes for general scalar-fermion-fermion couplings.

SUSYFLAVOR v2: A Computational tool for FCNC and CP-violating processes in the MSSM

We present SUSY_FLAVOR version 2 — a Fortran 77 program that calculates low-energy flavor observables in the general R-parity conserving MSSM. For a set of MSSM parameters as input, the code gives predictions for: 1. Electric dipole moments of the leptons and the neutron. 2. Anomalous magnetic moments (i.e. g − 2) of the leptons. 3. Radiative lepton decays (μ → eγ and τ → μγ , eγ ). 4. Rare Kaon decays (K0 L → π0 ¯νν and K+ → π+ ¯νν). 5. Leptonic B decays (Bs,d → l+l−, B → τ ν and B → Dτ ν). 6. Radiative B decays (B → ¯ Xsγ ). 7. ΔF = 2 processes ( ¯ K0–K0, ¯D–D, ¯Bd–Bd and ¯Bs–Bs mixing). Comparing to SUSY_FLAVOR v1, where the matching conditions were calculated strictly at one-loop level, SUSY_FLAVOR v2 performs the resummation of all chirally enhanced corrections, i.e. takes into account the enhanced effects from tan β and/or large trilinear soft mixing terms to all orders in perturbation theory. Also, in SUSY_FLAVOR v2 new routines calculation of B → (D)τ ν, g − 2, radiative lepton decays and Br(l → l′γ ) were added. All calculations are done using exact diagonalization of the sfermion mass matrices. The program can be obtained from http://www.fuw.edu.pl/susy_flavor.

Lepton Flavor Violation in the Standard Model with general Dimension-Six Operators

We study lepton flavor observables in the Standard Model (SM) extended with all dimension-6 operators which are invariant under the SM gauge group. We calculate the complete one-loop predictions to the radiative lepton decays μ → eγ, τ → μγ and τ → eγ as well as to the closely related anomalous magnetic moments and electric dipole moments of charged leptons, taking into account all dimension-6 operators which can generate lepton flavor violation. Also the 3-body flavor violating charged lepton decays τ ± → μ ± μ + μ −, τ ± → e ± e + e −, τ ± → e ± μ + μ −, τ ± → μ ± e + e −, τ ± → e ∓ μ ± μ ±, τ ± → μ ∓ e ± e ± and μ ± → e ± e + e − and the Z 0 decays Z 0 → ℓ+iℓ−j are considered, taking into account all tree-level contributions.

The elusive S2 state, the S1/S2 splitting, and the excimer states of the benzene dimer

We observe the weak S 0 → S 2 transitions of the T-shaped benzene dimers (Bz)2 and (Bz-d 6)2 about 250 cm−1 and 220 cm−1 above their respective S 0 → S 1 electronic origins using two-color resonant two-photon ionization spectroscopy. Spin-component scaled (SCS) second-order approximate coupled-cluster (CC2) calculations predict that for the tipped T-shaped geometry, the S 0 → S 2 electronic oscillator strength f el (S 2) is ∼10 times smaller than f el (S 1) and the S 2 state lies ∼240 cm−1 above S 1, in excellent agreement with experiment. The S 0 → S 1 (ππ ∗) transition is mainly localized on the “stem” benzene, with a minor stem → cap charge-transfer contribution; the S 0 → S 2 transition is mainly localized on the “cap” benzene. The orbitals, electronic oscillator strengths f el (S 1) and f el (S 2), and transition frequencies depend strongly on the tipping angle ω between the two Bz moieties. The SCS-CC2 calculated S 1 and S 2 excitation energies at different T-shaped, stacked-parallel and parallel-displaced stationary points of the (Bz)2 ground-state surface allow to construct approximate S 1 and S 2 potential energy surfaces and reveal their relation to the “excimer” states at the stacked-parallel geometry. The f el (S 1) and f el (S 2) transition dipole moments at the C 2v -symmetric T-shape, parallel-displaced and stacked-parallel geometries are either zero or ∼10 times smaller than at the tipped T-shaped geometry. This unusual property of the S 0 → S 1 and S 0 → S 2 transition-dipole moment surfaces of (Bz)2 restricts its observation by electronic spectroscopy to the tipped and tilted T-shaped geometries; the other ground-state geometries are impossible or extremely difficult to observe. The S 0 → S 1/S 2 spectra of (Bz)2 are compared to those of imidazole ⋅ (Bz)2, which has a rigid triangular structure with a tilted (Bz)2 subunit. The S 0 → S 1/ S 2 transitions of imidazole-(benzene)2 lie at similar energies as those of (Bz)2, confirming our assignment of the (Bz)2 S 0 → S 2 transition.

Electrostatics for Chemists

This is an introduction to electrostatics written for those interested in dipole moments, induced dipole moments, etc..

Efeito do macrodipolo sobre a estabilidade térmica de derivados de 1,3,5-tricarboxamida-ciclo-hexano

1,3,5-tricarboxamida-ciclo-hexano são compostos capazes de se autoagregarem formando colunas supramoleculares as quais se mantêm unidas não só devido às interações das cadeias laterais mas também devido às ligações de hidrogênio de cada um dos três grupos amida por monômero. Cada monômero possui momento de dipolo elétrico associado aos grupos amida. Quando as amidas dos vários monômeros dentro da mesma coluna estão apontadas para a mesma direção, os momentos de dipolo individuais de todas as amidas se somam formando elevado dipolo ao longo do eixo da coluna, chamado de macrodipolo, o qual influencia as interações intercolunares. Neste trabalho foram investigadas quatro conformações as quais diferem entre si em relação à orientação dos grupos carbonila: a conformação Up-Up contém grupos carbonilas paralelos dentro das colunas e colunas paralela, a conformação Up-Down possui grupos carbonilas paralelos dentro das colunas e colunas antiparalelas, a conformação Intra-Up-Up contém grupos carbonilas antiparalelos dentro das colunas e colunas paralelas e a conformação Intra-Up-Down possui grupos carbonilas antiparalelos dentro das colunas e colunas antiparalelas. Foi usado Dinâmica Molecular Clássica para investigar o efeito das interações macrodipolo-macrodipolo das quatro diferentes conformações sobre a estabilidade térmica de três diferentes compostos derivados de 1,3,5-tricarboxamida-ciclo-hexano. Foi verificado que as conformações com colunas antiparalelas tendem a ser ligeiramente mais estáveis do que as conformações com orientação paralela. O efeito da orientação dos grupos carbonila dentro das colunas sob a estabilidade do material está relacionado a vários fatores, tais como cargas atômicas parciais, arranjo colunar ou natureza das cadeias laterais, e os resultados não são tão diretos como quando se compara as orientações entre colunas. Outro tópico investigado foi o comportamento do material durante a transição da fase colunar para a fase desordenada. As colunas podem se desmontar em três diferentes formas: elas podem completamente se desintegrar rapidamente, podem primeiro se desintegrar lentamente e então perder a ordem colunar ou primeiro perdem a ordem colunar e então se desmontam em um processo demorado. Tais comportamentos estão associados com as interações dentro e entre colunas.

Spin boson models for quantum decoherence of electronic excitations of biomolecules and quantum dots in a solvent

We give a theoretical treatment of the interaction of electronic excitations (excitions) in biomolecules and quantum dots with the surrounding polar solvent. Significant quantum decoherence occurs due to the interaction of the electric dipole moment of the solute with the fluctuating electric dipole moments of the individual molecules in the solvent. We introduce spin boson models which could be used to describe the effects. of decoherence on the quantum dynamics of biomolecules which undergo light-induced conformational change and on biomolecules or quantum dots which are coupled by Forster resonant energy transfer.