单分子金丝桃素结构异质性与互变异构的直接观测
化学物理
2020-11-04 v1 光学
摘要
互变异构是一种快速化学反应，其中反应物的结构仅区别于一个质子和一个双键的位置。互变异构常发生于天然物质中，是有机和生物化学中的基本过程。然而，由于系综平均，研究互变异构物种的光学性质具有挑战性。许多分子，如卟吩、卟烯或菲并苝醌，在互变异构过程中表现出跃迁偶极矩（TDM）的重新取向，这可在单分子实验中直接观测到。一种著名的菲并苝醌是金丝桃素，具有抗病毒、抗抑郁和光动力特性。在此，我们结合共聚焦显微镜与高阶激光模式研究单分子金丝桃素。观测图像模式的突然翻转可推断不同互变异构体的共存及其转换路径。时间依赖密度泛函理论计算表明，金丝桃素在四个最稳定互变异构体之间循环。该方法可明确将 TDM 取向归属于特定互变异构体，并能在原位确定化学结构。此外，互变异构不仅可通过图像模式取向观测，也可作为单分子荧光发射中的间歇现象被观测到。时间相关单光子计数能够确定金丝桃素互变异构体的激发态寿命。我们的方法不仅限于金丝桃素，还可应用于其他在互变异构过程中表现出 TDM 重新取向的分子，有助于更深入理解这一重要过程。
引用
@article{arxiv.2011.01645,
title = {Direct observation of structural heterogeneity and tautomerization of single hypericin molecules},
author = {Quan Liu and Frank Wackenhut and Liangxuan Wang and Otto Hauler and Juan Carlos Roldao and Pierre-Michel Adam and Marc Brecht and Johannes Gierschner and Alfred J. Meixner},
journal= {arXiv preprint arXiv:2011.01645},
year = {2020}
}