Änderungen der elektronischen Struktur einer Amino‐Photosäure entlang des Förster Zyklus,Electronic Structure Changes of an Aromatic Amine Photoacid along the Förster Cycle
Photosäuren sind Moleküle, die einen starken Anstieg ihrer Acidität im ersten elektronisch angeregten Zustand aufweisen. Diese Eigenschaft ermöglicht Echtzeitstudien des Protonentransfers in Säure-Base-Reaktionen, des Protonentransports in Energiespeichern und biomolekularen Sensorproteinsystemen. Erklärungsansätze für die Ursachen der Photoacidität reichen von Variationen der freien Solvatationsenergie bis hin zu Veränderungen der elektronischen Struktur während der vier Phasen des Förster-Zyklus. Wir berichten hier Veränderungen der elektronischen Struktur der Protonen-Donor Gruppe in einer protonierten aromatischen Amino-Photosäure in Lösung bei Photoanregung und anschließender Protonentransferdynamik mit Hilfe von Pikosekunden-Stickstoff-K-Kanten-Spektroskopie. Anhand der Orbitalspezifität von Rumpf-Valenz-Übergängen an der funktionellen Aminogruppe weisen wir deutlich ausgeprägte Veränderungen der elektronischen Struktur, des Dipolmoments und der Energiezustände auf der Seite der konjugierten Photobase nach. Diese Ergebnisse bilden die Grundlage für eine zukünftige detaillierte Charakterisierung des Phänomens der Photoacidität im Lichte der elektronischen Struktur.
Photoacids show a strong increase in acidity in the first electronic excited state, enabling real-time studies of proton transfer in acid-base reactions, proton transport in energy storage devices and biomolecular sensor protein systems. Several explanations have been proposed for what determines photoacidity, ranging from variations in solvation free energy to changes in electronic structure occurring along the four stages of the Förster cycle. Here we use picosecond nitrogen K-edge spectroscopy to monitor the electronic structure changes of the proton donating group in a protonated aromatic amine photoacid in solution upon photoexcitation and subsequent proton transfer dynamics. Probing core-to-valence transitions locally at the amine functional group and with orbital specificity, we clearly reveal pronounced electronic structure, dipole moment and energetic changes on the conjugate photobase side. This result paves the way for a detailed electronic structural characterization of the photoacidity phenomenon.