ADF Highlight:龙虾煮熟为啥变红?(2005,JACS)

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参考文献:

A. A. C. van Wijk,. A. Spaans, N. Uzunbajakava, C. Otto, H. J. M. de Groot, J. Lugtenburg and F. Buda, Spectroscopy and Quantum Chemical Modeling Reveal a Predominant Contribution of Excitonic Interactions to the Bathochromic Shift in α-Crustacyanin, the Blue Carotenoprotein in the Carapace of the Lobster Homarus gammarus. Journal of the American Chemical Society, 127(5), 1438 (2005).

Leiden大学的一个课题组结合量子化学模拟和光谱技术,解释了龙虾煮熟后自然发生的从深蓝色变为红色的原理。如下图:

lobsters

Dr. Buda的评述: “The time-dependent DFT calculations performed with ADF have been crucial in identifying the most important molecular mechanism at the basis of the color change. ADF was used to calculate the absorption energies and transition dipole moments for different models of the chromophore, a red carotenoid pigment called astaxanthine, embedded in the crustacyanin protein.”

点评:通过实验得到关键的有色基团,结合计算和实验,得到其紫外、可见吸收光谱,发现了生、熟虾,颜色基团吸收光谱的峰值发生了蓝移,从而导致颜色发生了红移。

文中采用GGA:BLYP/TZP计算得到1Bu态的激发能(紫外可见范围,光吸收强度最大的激发态)。DFT会系统性地低估激发能。这个结果低估了大约0.5-0.7 eV。作者将这个系统误差添加进去之后,得到了与实验一致的生虾颜色基团的吸收光谱峰值。对这样的有机体系,如果采用杂化泛函如B3LYP,紫外-可见吸收谱应有较大的改善。杂化泛函对有机体系能够得到更好的前线轨道能隙,也就能得到更好的低激发态的激发能。

 
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