Investigación

 

Optical properties and aggregation of 1–N–methylamino–4'–nitroazobenzene in various environments

 

M. del P. Carreón–Castroª, M. Gutiérrez–Nava^b, O.G. Morales–Saavedra^c, J.M. Reyna–González^b, and E. Rivera^b,*

 

ª Instituto de Ciencias Nucleares, Universidad Nacional Autónoma de México, Circuito Exterior, Ciudad Universitaria, México, D.F. 04510, México.

^b Instituto de Investigaciones en Materiales, Universidad Nacional Autónoma de México, Circuito Exterior, Ciudad Universitaria, México, D.F. 04510, México.

^c Centro de Ciencias Aplicadas y Desarrollo Tecnológico, Universidad Nacional Autónoma de México, Circuito Exterior, Ciudad Universitaria, México, D.F. 04510, México.

 

Author to whom correspondence should be addressed:
Telephone: (5255)56 22 47 33, Fax: (5255)56 16 12 10.
e–mail: riverage@iim.unam.mx

 

Recibido el 4 de febrero de 2008
Aceptado el 3 de abril de 2008

 

Abstract

Aggregation of 1–N–methylamino–4'–nitroazobenzene (RED–H) was studied by UV–vis spectroscopy in solution, using different methanol: water mixtures as solvents, at different concentrations. In 100 % methanol, methanol: water 80:20 and 60:40, RED–H exhibited an maximum absorption wavelength at λ = 477 nm and no aggregation was observed. By contrast, in mixtures of methanol: water 40:60 and 20:80 the appearance of an additional blue shifted band around λ =430 nm and a red shift of the absorption band to λ = 500 nm followed by a long tail confirmed the presence of both H–and J–aggregates in these solvents. Theoretical estimations of aggregate stability carried out at the LMP2/aug–cc–PVTZ(–f)//MP2/6–31G level of theory showed that the H–aggregate is the more stable one (–14.9 kcal/mol) stabilized mostly by electronic correlation while the J–aggregate is much less stable, being stabilized by electrostatic interactions (–3.4 kcal/mol). Theoretical estimation of the absorption spectra of RED–H, H– and J–aggregates carried out using the TD–B3LYP method reproduces the experimentally observed spectra. All electronic transitions show a strong charge–transfer component.

Keywords: Aggregation; azo–dyes; DFT; LMP2; TD–DFT; optical properties.

 

Resumen

Se estudió la agregación del 1–N–metilamino–4'–nitroazobenceno (RED–H) por espectroscopia UV–vis en solución, empleando como disolvente diferentes mezclas de metanol: agua a diferentes concentraciones. En metanol 100 %, y en mezclas metanol: agua 80:20 y 60:40, RED–H mostró una longitud de onda máxima de absorción a λ = 477 nm y no se observó agregación. Por el contrario, en mezclas de metanol: agua 40:60 y 20: 80, la aparición de una banda adicional desplazada hacia el azul alrededor de A = 430 nm, y el corrimiento hacia el rojo de la banda de absorción a λ = 500 nm, seguida de una larga cola, confirmó la presencia de agregados H y J en estos disolventes. Las estimaciones teóricas de la estabilidad de los agregados, llevadas a cabo con un nivel de teoría LMP2/aug–cc–PVTZ(–f)//MP2/6–31G, mostraron que el agregado H es más estable (–14.9 kcal/mol), y es estabilizado, principalmente, por correlación electrónica, mientras que el agregado J es estabilizado por interacciones electroestáticas (–3.4 kcal/mol). La estimación teórica de los espectros de absorción de RED–H y de los agregados H y J, hecha con el método TD–B3LYP, reproduce los espectros observados experimentalmente. Todas las transiciones electrónicas muestran una fuerte componente de transferencia de carga.

Descriptores: Agregación; Azo–dyes; DFT; LMP2; TD–DFT; Propiedades ópticas.

 

PACS: 71.20.b; 71.20.Rv; 71.15.Mb

 

DESCARGAR ARTÍCULO EN FORMATO PDF

 

Acknowledgements

We wish to thank PAPIIT–DGAPA for financial support (Projects IN–101207 and IN–102905). We also wish to thank Miguel Angel Canseco for his assistance in recording absorption spectra.

 

References

1. H. Rau, in Photochemistry and Photophysics, Rabek J.K., CRC Press (ed) (Boca raton: Florida, 1990) Vol.2, p. 119.        [ Links ]

2. A. Natansohn and P. Rochon, Can. J. Chem. 79 (2001) 1093.         [ Links ]

3. T. Todorov and L. Nikalova, Appl. Opt. 23 (1984) 4309.        [ Links ]

4. S. Xie, A. Natansohn, and P. Rochon, Chem. Mater. 5 (1993) 403.        [ Links ]

5. N.K. Viswanathan et al., J. Mater. Chem. 9 (1999) 1941.        [ Links ]

6. K. Ichimura, Chem. Rev. 100 (2000) 1847.        [ Links ]

7. J.A. Delaire and K. Nakatani, Chem. Rev. 100 (2000) 1817.        [ Links ]

8. A. Natansohn and P. Rochon, Chem. Rev. 102 (2002) 4139.        [ Links ]

9. M.S. Ho, A. Natansohn, and P. Rochon, Can. J. Chem. 73 (1995) 1773.        [ Links ]

10. X. Meng, A. Natansohn, P. Rochon, and C. Barrett, Macromolecules 29 (1996) 946.        [ Links ]

11. A. Natansohn, S. Xie, and P. Rochon, Macromolecules 25 (1992) 5531.        [ Links ]

12. S. Freiberg, F. Lagugné–Labarthet, P. Rochon, and A. Natansohn, Macromolecules 36 (2003) 2680.        [ Links ]

13. A. Dhanabalan et al., Langmuir 15 (1999) 4560.        [ Links ]

14. D.S. Dos Santos et al., Polymer 43 (2002) 4385.        [ Links ]

15. D.S. Dos Santos et al., Synthetic Metals 121 (2001) 1479.        [ Links ]

16. E. Rivera, M. Bellêtete, A. Natansohn, and G. Durocher, Can. J. Chem. 81 (2003) 1076.        [ Links ]

17. M.W. Schmidt et al., J. Comput. Chem. 14 (1993) 1347.        [ Links ]

18. C. Gonzalez and E.C. Lim, J. Phys. Chem. A 104 (2000) 2953.        [ Links ]

19. S.F. Boys and F. Bernardi, Mol. Phys. 19 (1970) 553.        [ Links ]

20. E. Rivera, M.P Carreón–Castro, I. Buendía, and G. Cedillo, Dyes and Pigments 68 (2006) 217.        [ Links ]

21. D.M. Shin, K.S. Schanze, and D.G. Whitten, J. Am. Chem. Soc. 111 (1989) 8494.        [ Links ]

22. G. Iftime, F. Lagugné–Labarthet, A. Natansohn, and P. Rochon, J. Am. Chem. Soc. 122 (2000) 12646.        [ Links ]

23. S. Tsuzuki, K. Honda, T. Uchimaru, M. Mikami, and K. Tanabe, J. Am. Chem. Soc. 124 (2002) 104.        [ Links ]

24. S. Fomine, M. Tlenkopatchev, S. Martinez, and L. Fomina, J. Phys. Chem. A 106 (2002) 3941.        [ Links ]

25. F. Lagugné–Labarthet et al., Macromolecules 33 (2000) 6815.        [ Links ]