Ionic effect on the excited-state proton transfer reactions in aqueous solutions

이 연구에서는 수용액 내에서 photoacid인 Coumarin 183(C183)의 들뜬 상태 양성자 전달 반응(excited-state proton transfer, ESPT)이 금속 이온의 종류에 따라 어떻게 달라지는지를 실험 및 계산적으로 정밀 분석하였다. 시간분해 형광 분광법(time-resolved fluorescence spectroscopy)과 양자화학 계산을 통해, 금속 양이온의 전하 밀도(charge density)가 높아질수록 ESPT 반응의 활성화 에너지(activation energy)가 증가함을 확인하였다. 이는 양성자 전달의 전이상태(transition state)에서 양성자의 양전하가 수소 결합 네트워크를 따라 퍼져 있는 상태에서, 양이온과의 정전기적 반발로 인해 불안정화되기 때문이다. 반대로, 음이온(Cl⁻)은 양성자와의 인력을 통해 전이상태를 안정화시키며 활성화 에너지를 낮춘다. 양자화학 계산 결과는 이러한 양이온과 음이온의 역할 차이를 분명히 보여주며, 용질-용매 상호작용과 이온 수화 껍질 내 물 분자의 염기성 조절이 ESPT 반응성에 결정적인 영향을 준다는 것을 시사한다. 이 연구는 ESPT 반응에서 이온 효과를 분자 수준에서 해석할 수 있는 기초적 틀을 제공한다.