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A Spin-Flip Study on the Photoisomerization of 11-cis-retinal Protonated Schiff Base in Gas Phase

Panwang Zhou  Jianyong Liu  Keli Han  Guozhong He  
【摘要】:By employing the spin-flip density functional theory (SFDFT) method, an extensive theoretical study was carried out on the photoisomerization of 11-cis-retinal protonated Schiff base (PSB11) and its minimal model tZt-penta-3,5-dieniminium cation (PSB3). Our calculated results indicate that the SFDPT can provide a very good performance on describing the ground and excited state geometries of PSB3 and PSB11. For the first time, we located the conical intersection (CI) point and constructed the photoisomerization reaction path of PSB3 and PSB11 by using the SFDFT method, and then computed the energy profiles along the reaction paths using the high level theoretical methods, such as EOM-CCSD, CR-EOM-CCSD(T), CASPT2, NEVPT2 and XMCQDPT2 methods, to further verify the SFDFT results on the photoisomerization of retinal protonated Schiff base (RPSB) systems. Importantly, the SFDFT method predicated that the photoisomerization of PSB3 is barrierless and an energy barrier is existed along the photoisomerization of PSB11. This is different from the previous CASSCF results and may indicate that the photoisomerization of PSB11 in gas phase is similar to that of in solutions. Our calculated results also indicated that the higher spin contamination of SFDFT method in the vicinity of CI point caused the located CI geometry is deviated from that of the real CI. Whereas the recent proposed SF2 method (Xu et. al. J. Phys. Chem. Lett. 2013(4), 253-258) combined with M05-2X functional is a promising approach to remove the spin contamination of SFDFT method and can provide a higher performance on describing the photoisomerization of RPSB systems.

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