Theoretical study of solvent effects on the hyperpolarizabilities of two chalcone derivatives / Estudio teórico de los efectos de solvente sobre la hiperpolarizabilidad de dos derivados de la chalcona / Estudo teórico dos efeitos do solvente nas hiperpolarizabilidades de dois derivados da chalcona

ABSTRACT

Abstract The use of organic as nonlinear optical materials has been intensively explored in the recent years due to the ease of manipulation of the molecular structure and the synthetic flexibility regarding the change of substituent groups. In the present work, the linear and nonlinear properties of two chalcones derivatives (E)-1-(4-methylphenyl)-3-phenylprop-2-en-1-one (4MP3P) and (E)-1-(4-Nitrophenyl)-3-phenylprop-2-en-1-one (4NP3P), that differ by the substituent position at the phenyl ring, were studied in the presence of protic and aprotic solvents simulated by the Polarizable Continuum Model (PCM) at DFT/B3LYP/6-311+G(d) level. The static and dynamic (1064 nm) molecular parameters as the dipole moment, linear polarizability, first and second hyperpolarizabilities were studied as function of the solvent dielectric constant value. The geometrical behavior as the chemical bond angles, torsion angles, and partial charges distribution of the compounds were studied, including calculations of gap energies in various solvents. The obtained results revealed that the substituent change of CH3 (4MP3P) to NO2 (4NP3P) benefits the nonlinear optical properties of the compounds in the presence of the solvent media, the absolute values of the parallel first hyperpolarizability were the ones that present the greater variation.

RESUMEN

Resumen El uso de materiales orgánicos como materiales ópticos no lineales se ha explorado intensamente en los últimos años, debido a la facilidad de manipulación de estas estructuras moleculares y la flexibilidad de síntesis en relación con el cambio de grupos sustituyentes. En el presente trabajo, las propiedades lineales y no lineales de dos derivados de chalcona (E)-1-(4-metilfenil)-3-fenilprop-2-en-1-ona (4MP3P) y (E)-1-(4-nitrofenil)-3-fenilprop-2-en-1-ona (4NP3P), los cuales difieren en la posición del sustituyente en el anillo de fenilo, se estudiaron en presencia de disolventes próticos y apróticos simulados por el Modelo Continuo Polarizable a nivel DFT/B3LYP/6-311+G(d). Además, se estudiaron parámetros moleculares estáticos y dinámicos (1064 nm) como el momento dipolar, la polarización lineal y la primera y la segunda hiperpolarización en función del valor constante dieléctrico del disolvente. El comportamiento geométrico se estudió como ángulos de enlace químico, ángulos de torsión y distribución de carga parcial de compuestos, incluidos los cálculos de energía de huecos en varios solventes. Los resultados mostraron que el cambio del sustituyente CH3 (4MP3P) a NO2 (4NP3P) beneficia las propiedades ópticas no lineales de los compuestos en presencia del medio solvente, los valores absolutos de la primera hiperpolarizabilidad paralela fueron los que presentaron la mayor variación.

RESUMO

Resumo O uso de materiais orgânicos como materiais ópticos não lineares tem sido intensamente explorado nos últimos anos, devido à facilidade de manipulação dessas estruturas moleculares e à flexibilidade de síntese em relação à mudança de grupos substituintes. No presente trabalho, as propriedades lineares e não lineares de dois derivados de chalconas (E)-1-(4-metilfenil)-3-fenilprop-2-en-1-ona (4MP3P) e (E)-1-(4-nitrofenil)-3-fenilprop-2-en-1-ona (4NP3P), que diferem pela posição do substituinte no anel fenil, foram estudados na presença de solventes próticos e apróticos simulados pelo Modelo Continuo Polarizável (PCM) no nível DFT/B3LYP/6-311+G(d). Os parâmetros moleculares estáticos e dinâmicos (1064 nm) como momento dipolar, polarizabilidade linear, primeira e segunda hiperpolarizabilidades foram estudados em função do valor da constante dielétrica do solvente. Estudou-se o comportamento geométrico como ângulos de ligação química, ângulos de torção e distribuição parcial de cargas dos compostos, incluindo cálculos de energias de gap em vários solventes. Os resultados obtidos revelaram que a mudança do substituinte de CH3 (4MP3P) para NO2 (4NP3P) beneficia as propriedades ópticas não lineares dos compostos na presença do meio solvente, os valores absolutos da primeira hiperpolarizabilidade paralela foram os que apresentaram a maior variação.