Energetics and dynamics of the low-lying electronic states of constrained polyenes: Implications for infinite polyenes

Journal of Physical Chemistry A

Volumn 117, Issue 7, 2013, Pages 1449-1465

  Christensen, Ronald L ^a   Enriquez, Miriam M ^b   Wagner, Nicole L ^b   Peacock Villada, Alexandra Y ^a   Scriban, Corina ^c   Schrock, Richard R ^c   Polívka, Tomáš ^d   Frank, Harry A ^b   Birge, Robert R ^b  

^a BOWDOIN COLLEGE   (United States)

^b UNIVERSITY OF CONNECTICUT   (United States)

^c MASSACHUSETTS INSTITUTE OF TECHNOLOGY   (United States)

^d UNIVERSITY OF SOUTH BOHEMIA   (Czech Republic)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

AB INITIO; CONJUGATED DOUBLE BONDS; DECAY KINETICS; ENERGY DIFFERENCES; ENERGY GAP LAW; EXCITED-STATE DECAY; FLUORESCENCE SPECTRA; KINETIC DATA; LIGHT-HARVESTING; LOW LYING ELECTRONIC STATE; MO THEORY; MULTI-STEP; NONRADIATIVE DECAYS; SEMI-EMPIRICAL; TRANSIENT ABSORPTION; TRANSIENT ABSORPTION SPECTRA; TRANSITION ENERGY; ULTRA-FAST; VISIBLE REGION;

DYNAMICS; ENERGY GAP; EXCITED STATES; PIGMENTS;

ORGANIC COMPOUNDS;

CAROTENOID; POLYENE;

ARTICLE; CHEMICAL STRUCTURE; CHEMISTRY; ELECTRON;

CAROTENOIDS; ELECTRONS; MODELS, MOLECULAR; POLYENES;

EID: 84874170113     PISSN: 10895639     EISSN: 15205215     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp310592s     Document Type: Article

References (100)

1. Hudson, B. S.; Kohler, B. E. Chem. Phys. Lett. 1972, 14, 299-304
2. Hudson, B. S.; Kohler, B. E. Annu. Rev. Phys. Chem. 1974, 25, 437-460
3. Hudson, B. S.; Kohler, B. E.; Schulten, K. In Excited States; Lim, E. D., Ed.; Academic Press: New York, 1982; Vol. 6, pp 1-95.
4. Pierce, B.; Bennett, J.; Birge, R. J. Chem. Phys. 1982, 77, 6343-6344
5. Christensen, R. L.; Galinato, M. G. I.; Chu, E. F.; Howard, J. N.; Broene, R. D.; Frank, H. A. J. Phys. Chem. A 2008, 112, 12629-12636
6. Shima, S.; Ilagan, R. P.; Gillespie, N.; Sommer, B. J.; Hiller, R. G.; Sharples, F. P.; Frank, H. A.; Birge, R. R. J. Phys. Chem. A 2003, 107, 8052-8066
7. Frank, H. A.; Christensen, R. L. In Carotenoids; Britton, G.; Liaaen-Jensen, S.; Pfander, H., Eds.; Birkhäuser: Basel, Switzerland, 2008; Vol. 4, pp 167-188.
8. Schulten, K.; Karplus, M. Chem. Phys. Lett. 1972, 14, 305-309
9. Schulten, K.; Ohmine, I.; Karplus, M. J. Chem. Phys. 1976, 64, 4422-4441
10. Christensen, R. L. In The Photochemistry of Carotenoids; Frank, H. A.; Young, A. J.; Britton, G.; Cogdell, R. J., Eds.; Kluwer Academic Publishers: Dordrecht, The Netherlands, 1999; Vol. 8, pp 137-159.
11. D'Amico, K. L.; Manos, C.; Christensen, R. L. J. Am. Chem. Soc. 1980, 102, 1777-1782
12. Christensen, R. L.; Kohler, B. E. J. Phys. Chem. 1976, 80, 2197-2200
13. Auerbach, R. A.; Christensen, R. L.; Granville, M. F.; Kohler, B. E. J. Chem. Phys. 1981, 74, 4-9
14. Christensen, R. L.; Kohler, B. E. J. Chem. Phys. 1975, 63, 1837-1846
15. Granville, M. F.; Holtom, G. R.; Kohler, B. E.; Christensen, R. L.; D'Amico, K. L. J. Chem. Phys. 1979, 70, 593-597
16. Granville, M. F.; Holtom, G. R.; Kohler, B. E. J. Chem. Phys. 1980, 72, 4671-4675
17. Petek, H.; Bell, A. J.; Yoshihara, K.; Christensen, R. L. J. Chem. Phys. 1991, 95, 4739-4750
18. Petek, H.; Bell, A. J.; Choi, Y. S.; Yoshihara, K.; Tounge, B. A.; Christensen, R. L. J. Chem. Phys. 1993, 98, 3777-3794
19. Petek, H.; Bell, A. J.; Choi, Y. S.; Yoshihara, K.; Tounge, B. A.; Christensen, R. L. J. Chem. Phys. 1995, 102, 4726-4739
20. Buma, W. J.; Kohler, B. E.; Shaler, T. A. J. Chem. Phys. 1992, 96, 399-407
21. Birge, R. R.; Bennett, J. A.; Pierce, B. M.; Thomas, T. M. J. Am. Chem. Soc. 1978, 100, 1533-1539
22. Birge, R.; Bennett, J.; Hubbard, L.; Fang, H.; Pierce, B.; Kliger, D.; Leroi, G. J. Am. Chem. Soc. 1982, 104, 2519-2525
23. Frank, H. A.; Cogdell, R. J. In Carotenoids in Photosynthesis; Young, A.; Britton, G., Eds.; Springer-Verlag: London, 1993; pp 252-326.
24. Bondarev, S. L.; Knyukshto, V. N. Chem. Phys. Lett. 1994, 225, 346-350
25. Andersson, P. O.; Gillbro, T. J. Chem. Phys. 1995, 103, 2509-2519
26. Cosgrove, S. A.; Guite, M. A.; Burnell, T. B.; Christensen, R. L. J. Phys. Chem. 1990, 94, 8118-8124
27. Polívka, T.; Herek, J. L.; Zigmantas, D.; Akerlund, H. E.; Sundström, V. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1999, 96, 4914-4917
28. Polívka, T.; Zigmantas, D.; Frank, H. A.; Bautista, J. A.; Herek, J. L.; Koyama, Y.; Fujii, R.; Sundström, V. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 1072-1080
29. Christensen, R. L.; Galinato, M. G. I.; Chu, E. F.; Fujii, R.; Hashimoto, H.; Frank, H. A. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 1769-1775
30. Pendon, Z. D.; Sullivan, J. O.; van der Hoef, I.; Lugtenburg, J.; Cua, A.; Bocian, D. F.; Birge, R. R.; Frank, H. A. Photosynth. Res. 2005, 86, 5-24
31. Czekelius, C.; Hafer, J.; Tonzetich, Z. J.; Schrock, R. R.; Christensen, R. L.; Müller, P. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 16664-16675
32. Scriban, C.; Amagai, B. S.; Stemmler, E. A.; Christensen, R. L.; Schrock, R. R. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 13441-13452
33. DeCoster, B.; Christensen, R. L.; Gebhard, R.; Lugtenburg, J.; Farhoosh, R.; Frank, H. A. Biochim. Biophys. Acta 1992, 1102, 107-114
34. Christensen, R. L.; Kohler, B. E. Photochem. Photobiol. 1973, 18, 293-301
35. Birge, R. R.; Schulten, K.; Karplus, M. Chem. Phys. Lett. 1975, 31, 451-454
36. Birge, R.; Pierce, B. J. Chem. Phys. 1979, 70, 165-167
37. Enriquez, M. M.; Fuciman, M.; LaFountain, A. M.; Wagner, N. L.; Birge, R. R.; Frank, H. A. J. Phys. Chem. B 2010, 114, 12416-12426
38. Savitzky, A.; Golay, M. J. E. Anal. Chem. 1964, 36, 1627-1639
39. Steinier, J.; Termonia, Y.; Deltour, J. Anal. Chem. 1972, 44, 1906-1909
40. Lakowicz, J. R. Principles of Fluorescence Spectroscopy; 2 nd ed.; Kluwer Academic, Plenum Publishers: New York, 1999.
41. Ilagan, R. P.; Christensen, R. L.; Chapp, T. W.; Gibson, G. N.; Pascher, T.; Polivka, T.; Frank, H. A. J. Phys. Chem. A 2005, 109, 3120-3127
42. van Stokkum, I. H. M.; Larsen, D. S.; van Grondelle, R. Biochim. Biophys. Acta 2004, 1657, 82-104
43. Martin, C. H.; Birge, R. R. J. Phys. Chem. A 1998, 102, 852-860
44. Premvardhan, L.; Sandberg, D. J.; Fey, H.; Birge, R. R.; Buchel, C.; van Grondelle, R. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 11838-11853
45. Niedzwiedzki, D. M.; Sandberg, D. J.; Cong, H.; Sandberg, M. N.; Gibson, G. N.; Birge, R. R.; Frank, H. A. Chem. Phys. 2009, 357, 4-16
46. Foresman, J. B.; Head-Gordon, M.; Pople, J. A.; Frisch, M. J. J. Phys. Chem. 1992, 96, 135-149
47. Stanton, J. F.; Bartlett, R. J. J. Chem. Phys. 1993, 98, 7029-7039
48. Koch, H.; Kobayashi, R.; Sánchez de Merás, A.; Jørgensen, P. J. Chem. Phys. 1994, 100, 4393-4400
49. Kállay, M.; Gauss, J. J. Chem. Phys. 2004, 121, 9257-9269
50. Nakajima, T.; Nakatsuji, H. Chem. Phys. 1999, 242, 177-193
51. Ishida, M.; Toyota, K.; Ehara, M.; Frisch, M. J.; Nakatsuji, H. J. Chem. Phys. 2004, 120, 2593-2605
52. Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; Scuseria, G. E.; Robb, M. A.; Cheeseman, J. R.; Scalmani, G.; Barone, V.; Mennucci, B.; Petersson, G. A.; Gaussian 09, revision A.02; Gaussian, Inc.: Wallingford, CT, 2009.
53. Nakatsuji, H. Chem. Phys. Lett. 1978, 59, 362-364
54. Krylov, A. I. Annu. Rev. Phys. Chem. 2008, 59, 433-462
55. Head-Gordon, M.; Pople, J. A.; Frisch, M. J. Chem. Phys. Lett. 1988, 153, 503-506
56. Dunning, T. H., Jr.; Hay, P. J. In Modern Theoretical Chemistry; Schaefer, H. F., Ed.; Plenum: New York, 1976; Vol. 3, pp 1-28.
57. Niedzwiedzki, D.; Koscielecki, J. F.; Cong, H.; Sullivan, J. O.; Gibson, G. N.; Birge, R. R.; Frank, H. A. J. Phys. Chem. B 2007, 111, 5984-5998
58. Rondonuwu, F. S.; Watanabe, Y.; Fujii, R.; Koyama, Y. Chem. Phys. Lett. 2003, 376, 292-301
59. Pendon, Z. D.; Gibson, G. N.; van der Hoef, I.; Lugtenburg, J.; Frank, H. A. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 21172-21179
60. Kosumi, D.; Yanagi, K.; Fujii, R.; Hashimoto, H.; Yoshizawa, M. Chem. Phys. Lett. 2006, 425, 66-70
61. Billsten, H. H.; Zigmantas, D.; Sundström, V.; Polívka, T. Chem. Phys. Lett. 2002, 355, 465-470
62. de Weerd, F. L.; van Stokkum, I. H. M.; van Grondelle, R. Chem. Phys. Lett. 2002, 354, 38-43
63. Niedzwiedzki, D. M.; Sullivan, J. O.; Polivka, T.; Birge, R. R.; Frank, H. A. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 22872-22885
64. Frank, H. A.; Josue, J. S.; Bautista, J. A.; van der Hoef, I.; Jansen, F. J.; Lugtenburg, J.; Wiederrecht, G.; Christensen, R. L. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 2083-2092
65. Andersson, P. O.; Bachilo, S. M.; Chen, R.-L.; Gillbro, T. J. Phys. Chem. 1995, 99, 16199-16209
66. Englman, R.; Jortner, J. Mol. Phys. 1970, 18, 145-164
67. Papagiannakis, E.; van Stokkum, I. H.; Vengris, M.; Cogdell, R. J.; van Grondelle, R.; Larsen, D. S. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 5727-5736
68. Larsen, D. S.; Papagiannakis, E.; van Stokkum, I. H. M.; Vengris, M.; Kennis, J. T. M.; van Grondelle, R. Chem. Phys. Lett. 2003, 381, 733-742
69. Wohlleben, W.; Buckup, T.; Hashimoto, H.; Cogdell, R. J.; Herek, J. L.; Motzkus, M. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 3320-3325
70. Billsten, H. H.; Pan, J.; Sinha, S.; Pascher, T.; Sundström, V.; Polívka, T. J. Phys. Chem. A 2005, 109, 6852-6859
71. Polivka, T.; Sundström, V. Chem. Phys. Lett. 2009, 477, 1-11
72. Polivka, T.; Sundström, V. Chem. Phys. Lett. 2009, 477, 1-11
73. Jailaubekov, A. E.; Song, S.-H.; Vengris, M.; Cogdell, R. J.; Larsen, D. S. Chem. Phys. Lett. 2010, 487, 101-107
74. Lenzer, T.; Ehlers, F.; Scholz, M.; Oswald, R.; Oum, K. Phys. Chem. Chem. Phys. 2010, 12, 8832-8839
75. Calhoun, T. R.; Davis, J. A.; Graham, M. W.; Fleming, G. R. Chem. Phys. Lett. 2012, 523, 1-5
76. Bilotti, K. The Thermal and Photochemical Stabilities and the Excited Electronic States of Natural and Synthetic Polyenes. Bowdoin College, 2010.
77. Gradinaru, C. C.; Kennis, J. T. M.; Papagiannakis, E.; van Stokkum, I. H. M.; Cogdell, R. J.; Fleming, G. R.; Niederman, R. A.; van Grondelle, R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2001, 98, 2364-2369
78. Chábera, P.; Fuciman, M.; Hříbek, P.; Polívka, T. Phys. Chem. Chem. Phys. 2009, 11, 8795-8803
79. Ostroumov, E. E.; Müller, M. G.; Reus, M.; Holzwarth, A. R. J. Phys. Chem. A 2011, 115, 3698-3712
80. Papagiannakis, E.; van Stokkum, I. H. M.; van Grondelle, R. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 11216-11223
81. Christensen, R. L.; Barney, E. A.; Broene, R. D.; Galinato, M. G. I.; Frank, H. A. Arch. Biochem. Biophys. 2004, 430, 30-36
82. Galinato, M. G. I. Optical Spectroscopic Studies of Simple Polyenes and Complex Xanthophylls. Ph.D. Dissertation, University of Connecticut, 2007.
83. Christensen, R. L.; Goyette, M.; Gallagher, L.; Duncan, J.; DeCoster, B.; Lugtenburg, J.; Jansen, F. J.; van der Hoef, I. J. Phys. Chem. A 1999, 103, 2399-2407
84. Schaffer, H. E.; Chance, R. R.; Silbey, R. J.; Knoll, K.; Schrock, R. R. J. Chem. Phys. 1991, 94, 4161-4170
85. Caricato, M.; Mennucci, B.; Scalmani, G.; Trucks, G. W.; Frisch, M. J. J. Chem. Phys. 2010, 132, 084102
86. Fukuda, R.; Ehara, M.; Nakatsuji, H.; Cammi, R. J. Chem. Phys. 2011, 134, 104109
87. Marenich, A. V.; Cramer, C. J.; Truhlar, D. G.; Guido, C. A.; Mennucci, B.; Scalmani, G.; Frisch, M. J. Chem. Sci. 2011, 2, 2143-2161
88. Zechmeister, L. Cis-Trans Isomeric Carotenoids, Vitamin A, and Arylpolyenes; Academic Press: New York, 1962.
89. Honig, B.; Dinur, U.; Birge, R. R.; Ebrey, T. G. J. Am. Chem. Soc. 1980, 102, 488-494
90. Tavan, P.; Schulten, K. Phys. Rev. B: Condens. Matter 1987, 36, 4337-4358
91. Schmidt, M.; Tavan, P. J. Chem. Phys. 2012, 136, 124309
92. Koyama, Y.; Rondonuwu, F. S.; Fujii, R.; Watanabe, Y. Biopolymers 2004, 74, 2-18
93. Koyama, Y.; Kakitani, Y.; Miki, T.; Christiana, R.; Nagae, H. Int. J. Mol. Sci. 2010, 11, 1888-1929
94. Christensen, R. L.; Faksh, A.; Meyers, J. A.; Samuel, I. D. W.; Wood, P.; Schrock, R. R.; Hultzsch, K. C. J. Phys. Chem. A 2004, 108, 8229-8236
95. Fuss, W.; Haas, Y.; Zilberg, S. Chem. Phys. 2000, 259, 273-295
96. Garavelli, M.; Celani, P.; Fato, M.; Bearpark, M. J.; Smith, B. R.; Olivucci, M.; Robb, M. A. J. Phys. Chem. A 1997, 101, 2023-2032
97. Fuss, W.; Lochbrunner, S.; Müller, A.; Schikarski, T.; Schmid, W.; Trushin, S. Chem. Phys. 1998, 232, 161-174
98. Antognazza, M. R.; Lüer, L.; Polli, D.; Christensen, R. L.; Schrock, R. R.; Lanzani, G.; Cerullo, G. Chem. Phys. 2010, 373, 115-121
99. Billstein, H. H.; Herek, J. L.; Garcia-Asua, G.; Hashoj, L.; Hunter, C. N.; Sundström, V. Biochemistry 2002, 41, 4127-4136
100. Wasielewski, M. R.; Johnson, D. G.; Bradford, E. G.; Kispert, L. D. J. Chem. Phys. 1989, 91, 6691-6697