The theoretical study on the molecular structure and electronic properties of harmane

Abstract

In this study the geometry optimization of harmane using the semi-empirical (AM1, PM3, MNDO,) ab initio HF as well as the B3LYP method was performed. The calculated geometrical parameters of harmane were compared with the available crystallographic data to verify the extent to which theoretical models approximate the molecular structure of this compound. Additionally, some electronic properties of harmane in the neutral and monocationic form were calculated using various theoretical methods. The semi-empirical ZINDO-1 and TD/B3LYP calculations were carried out using the B3LYP/6-31+G(d,p) optimized geometry of harmane. The utility of the applied methods to predict properties of electronic transitions to the lowest excited singlet states of harmane was discussed.W pracy obliczono optymalizację struktury elektronowej harmanu z wykorzystaniem różnych metod obliczeniowych, tj. metod semi-empirycznych (AM1, PM3, MNDO), metody Hartree-Focka, jak również metody B3LYP. W celu sprawdzenia dokładności i użyteczności wyżej wymienionych metod teoretycznych w przewidywaniu struktury badanej ß-karboliny obliczone parametry strukturalne harmanu porównano z dostępnymi w literaturze danymi krystalograficznymi. Następnie obliczono wybrane właściwości elektronowe neutralnej oraz kationowej formy harmanu. Uzyskaną z obliczeń wartość różnicy energii orbitali HOMO i LUMO, którą można traktować jako przybliżoną energię przejścia do najniższego stanu singletowego cząsteczki, porównano z uzyskaną z eksperymentu wartością energii wzbudzenia harmanu. Spośród wykorzystanych w pracy metod obliczeniowych, zastosowanie metody B3LYP z użyciem bazy 6-31+G(d,p) pozwoliło na uzyskanie zadowalającego opisu właściwości strukturalnych i elektronowych harmanu. Dlatego też uzyskaną za pomocą tej metody strukturę elektronową harmanu wykorzystano do obliczeń energii przejść elektronowych cząsteczki. Obliczone metodą ZINDO-1 oraz TD B3LYP energie przejść elektronowych porównano z energią przejść elektronowych odpowiadającym odpowiednim pasmom w widmie absorpcji neutralnej oraz kationowej formy harmanu.