基于吡啶的小型有机共轭分子的结构、振动及非线性光学性质预测

摘要： 有机材料的非线性光学（NLO）效应源于分子中离域电子和大极化率。本研究采用B3LYP/6-311G(d,p)水平的密度泛函理论（DFT），对2,6-二甲氧基-3,5-二硝基吡啶（M1）、2-甲氧基-3-硝基吡啶（M2）和2-甲氧基-5-硝基吡啶（M3）三类吡啶衍生物进行了理论研究。通过规范无关原子轨道（GIAO）方法计算了目标化合物的核磁共振（1H和13C-NMR）化学位移，并与实测结果进行对比。红外吸收光谱与拉曼光谱互为补充，提供了分子结构鉴定所需的特征基频振动信息。通过测定前沿分子轨道（HOMO、LUMO）、电离势（IPad）和电子亲和能（EAad）等电子性质，深入解析了分子特性。运用含时密度泛函理论（TD-DFT）预测的电子吸收光谱与实验结果高度吻合。通过自然键轨道（NBO）计算阐明了充满轨道与空轨道间的各类二阶相互作用，这些作用既是分子间相互作用的量度，也反映了分子内离域程度。此外，研究表明这些分子体系具有较大的静态一阶超极化率，在非线性光学材料开发中具有潜在应用价值。