Práce je zaměřena na studium spektrálních vlastností terthiofenu s oligoethylenoxidovými substituenty s využitím metod kvantové chemie a molekulové dynamiky (MD). Hyperplocha potenciální energie (PES) této molekuly jako funkce dvou dihedrálních úhlů mezi rovinami jednotlivých thiofenových cyklů byla vypočtena metodami HF-SCF pro základní elektronový stav a CIS pro 1. excitovaný stav. Výpočty byly dále zpřesněny metodami DFT, resp. TD-DFT. Dále byly provedeny simulace této molekuly ve vodném prostředí metodou MD v základním i excitovaném stavu. Z nejvíce populovaných oblastí konfiguračního prostoru v obou stavech bylo vybráno několik konfigurací solvatované molekuly, pro něž byly metodou TD-DFT vypočteny energie a intenzity přechodů mezi elektronovými stavy. Z nich byla zkonstruována absorpční a emisní spektra. Vypočtená spektra vykazovala dobrou shodu s experimentálními a jejich srovnání přispělo k vysvětlení některých vlastností pozorovaných struktur tvořených studovanými látkami ve vodném prostředí.
Annotation in English
The work is focused on the study of the spectral properties of terthiophene with oligo(ethylene oxide) substituents by the methods of quantum chemistry and molecular dynamics (MD). Potential-energy surface (PES) of this molecule as a function of two dihedral angles between the planes of the individual thiophene rings was determined by the methods of HF-SCF for the ground state and CIS for the excited state. The calculations were further corrected by the methods of DFT and TD-DFT, respectively. MD simulations of the molecule in aqueous environment in the ground and 1st excited states were carried out. Several configurations were selected from the most populated regions of the configuration space in both the states and the energies and intensities of the transitions between the electronic states were calculated for them. Based on these data, absorption and emission spectra were constructed. The calculated spectra showed a good agreement with those obtained experimentally and their comparison contributed to the explanation of some properties of the structures formed by the studied compounds in aqueous environment.
Práce je zaměřena na studium spektrálních vlastností terthiofenu s oligoethylenoxidovými substituenty s využitím metod kvantové chemie a molekulové dynamiky (MD). Hyperplocha potenciální energie (PES) této molekuly jako funkce dvou dihedrálních úhlů mezi rovinami jednotlivých thiofenových cyklů byla vypočtena metodami HF-SCF pro základní elektronový stav a CIS pro 1. excitovaný stav. Výpočty byly dále zpřesněny metodami DFT, resp. TD-DFT. Dále byly provedeny simulace této molekuly ve vodném prostředí metodou MD v základním i excitovaném stavu. Z nejvíce populovaných oblastí konfiguračního prostoru v obou stavech bylo vybráno několik konfigurací solvatované molekuly, pro něž byly metodou TD-DFT vypočteny energie a intenzity přechodů mezi elektronovými stavy. Z nich byla zkonstruována absorpční a emisní spektra. Vypočtená spektra vykazovala dobrou shodu s experimentálními a jejich srovnání přispělo k vysvětlení některých vlastností pozorovaných struktur tvořených studovanými látkami ve vodném prostředí.
Annotation in English
The work is focused on the study of the spectral properties of terthiophene with oligo(ethylene oxide) substituents by the methods of quantum chemistry and molecular dynamics (MD). Potential-energy surface (PES) of this molecule as a function of two dihedral angles between the planes of the individual thiophene rings was determined by the methods of HF-SCF for the ground state and CIS for the excited state. The calculations were further corrected by the methods of DFT and TD-DFT, respectively. MD simulations of the molecule in aqueous environment in the ground and 1st excited states were carried out. Several configurations were selected from the most populated regions of the configuration space in both the states and the energies and intensities of the transitions between the electronic states were calculated for them. Based on these data, absorption and emission spectra were constructed. The calculated spectra showed a good agreement with those obtained experimentally and their comparison contributed to the explanation of some properties of the structures formed by the studied compounds in aqueous environment.
Terthiofenové sloučeniny jsou látky s širokým potenciálem technologického uplatnění, zejména v oblasti elektronických a optoelektronických zařízení. Jejich vlastnosti mohou být do značné míry ovlivněny navázanými substituenty. Tyto mohou měnit jak jejich vztah k rozpouštědlům (hydrofilita vs. hydrofobicita) a tím i schopnost tvořit supramolekulární útvary, tak i vlastnosti spektroskopické. Cílem této práce proto bude:
a) metodami kvantové chemie vypočítat hyperplochu potenciální energie různě substituovaných terthiofeových molekul v základním stavu,
b) pro vybrané substituenty, zejména oligoethylenoxidy, navrhnout párové potenciály a provést simulace jejich vzájemných interakcí ve vodných (případně nevodných) roztocích metodou molekulové dynamiky,
c) na základě výsledků bodu b) provést pro vybrané konfigurace molekul studovaných látek a solventu výpočty energií excitovaných stavů za účelem predikce a interpretace fluorescenčních spekter.
Výpočty budou prováděny na počítačích NGI MetaCentrum pomocí programových balíků GAMESS, Gaussian, NAMD, GROMACS, případně dalšího standardního software.
Research Plan
Terthiofenové sloučeniny jsou látky s širokým potenciálem technologického uplatnění, zejména v oblasti elektronických a optoelektronických zařízení. Jejich vlastnosti mohou být do značné míry ovlivněny navázanými substituenty. Tyto mohou měnit jak jejich vztah k rozpouštědlům (hydrofilita vs. hydrofobicita) a tím i schopnost tvořit supramolekulární útvary, tak i vlastnosti spektroskopické. Cílem této práce proto bude:
a) metodami kvantové chemie vypočítat hyperplochu potenciální energie různě substituovaných terthiofeových molekul v základním stavu,
b) pro vybrané substituenty, zejména oligoethylenoxidy, navrhnout párové potenciály a provést simulace jejich vzájemných interakcí ve vodných (případně nevodných) roztocích metodou molekulové dynamiky,
c) na základě výsledků bodu b) provést pro vybrané konfigurace molekul studovaných látek a solventu výpočty energií excitovaných stavů za účelem predikce a interpretace fluorescenčních spekter.
Výpočty budou prováděny na počítačích NGI MetaCentrum pomocí programových balíků GAMESS, Gaussian, NAMD, GROMACS, případně dalšího standardního software.
Recommended resources
1. Šolc, R., Lukeš, V., Klein, E., Griesser, M., Kelterer, A.-M. (2008) Theoretical Study of Structure, Electronic Properties, and Photophysics of Cyano-Substituted Thiophenes and Terthiophenes. J. Phys. Chem. A 112, 10931-8.
2. DiCésare, N., Belletete, M., Leclerc, M., Durocher, G. (1999) Intermolecular Interactions in Conjugated Oligothiophenes. 2. Quantum Chemical Calculations Performed on Crystalline Structures of Terthiophene and Substituted Terthiophenes. J. Phys. Chem. A 103, 803-11.
3. Rubio, M., Merch, M., Ortf, E., Roos, B.O. (1996) A theoretical study of the electronic spectrum of terthiophene. Chem. Phys. Lett. 248, 321-8.
Recommended resources
1. Šolc, R., Lukeš, V., Klein, E., Griesser, M., Kelterer, A.-M. (2008) Theoretical Study of Structure, Electronic Properties, and Photophysics of Cyano-Substituted Thiophenes and Terthiophenes. J. Phys. Chem. A 112, 10931-8.
2. DiCésare, N., Belletete, M., Leclerc, M., Durocher, G. (1999) Intermolecular Interactions in Conjugated Oligothiophenes. 2. Quantum Chemical Calculations Performed on Crystalline Structures of Terthiophene and Substituted Terthiophenes. J. Phys. Chem. A 103, 803-11.
3. Rubio, M., Merch, M., Ortf, E., Roos, B.O. (1996) A theoretical study of the electronic spectrum of terthiophene. Chem. Phys. Lett. 248, 321-8.
