Disertacijoje nagrinėjamas galimas aplinkos poveikis organinių molekulių elektroninių būsenų savybėms. Tam tikslui yra naudojami kompiuterizuotieji kvantinės mechanikos metodai, kuriais remiantis nagrinėjamos įvairių molekulių savybės. Ištirtos 2-(N-metil-α-iminoethyl)-fenol ir N-triphenylmethylsalicylidene imine molekelulių, esančių poliniame tirpiklyje, struktūros pagrindinėje ir sužadintose elektroninėse būsenose. Pirmą kartą parodyta, kad, norint gauti teisingą kokybinį ir artimą kiekybiniam vidujmolekulinės protono pernašos potencinės energijos paviršių, būtina atsižvelgti į polinių tirpiklio molekulių kuriamą vandenilinių ryšių tinklą bei į nulinių svyravimų energijas. Pastarieji ir nulemia protono pernašos vyksmo kryptį bei efektyvumą. Parodyta, kad anilų klasės molekulių konformerų susiformavimas priklauso nuo tirpiklio poliškumo, o jų susidarymas savo ruožtu konkuruoja su klasterių iš tirpiklio molekulių susiformavimo galimybėmis. Pirmą kartą parodyta, kad dipolinio momento vertė bakteriorodopsine yra nulemta membranos paviršiuose esančių radikalų. Pademonstruota, kad stilbazolio molekulė deformuojasi ir sudaro naujus konformerus (pademonstruota dviejų formų atsiradimo galimybė) tik esant molekulėms tirpalo apsuptyje. Šis rezultatas paaiškino eksperimente stebimus skirtuminių spektrinių pokyčių evoliucijos prigimtį. Apskaičiuotos ir išanalizuotos karotinoidų - luteino, violaksantino ir zeaksantino molekulių - žemiausios sužadintos elektroninės būsenos. Parodyta... [toliau žr. visą tekstą] / To explore changes caused by the environment on the internal characteristics of an organic molecule is the objective of the thesis. For this purpose we investigate a variety of organic molecules. Using various methods of quantum mechanics calculations possible influence of a polar solvent on the ground and excited states of 2-(N-metil-α-iminoethyl)-fenol and N-triphenylmethylsalicylidene imine is considered. It is shown for the first time that in order to obtain the correct qualitative and quantitative interpretation of possible pathways of the intermolecular proton transfer the hydrogen network of the polar solvent molecules together with the zero point energy have to be taken into consideration. It is also shown that conformational variability of anil-type molecules in polar solvents is competing with clusters formation of solvent molecules. It is shown for the first time that the dipole moment of bacteriorhodopsin is mainly defined by cytoplasmic and extracellular coils on the surfaces of the membrane. It is also demonstrated that the stilbazole molecule experiences the deformation resulting in formation of new conformers (at least two forms are present) in the solvent surrounding. The experimental data of the transient spectroscopy were explained in the basis of these model calculations. The lowest excited states of carotinoids, such as lutein, zeaxanthin and violoxantin are calculated and analyzed. Sensitivity of the excited electronic state on the polar environment is... [to full text]

Elektroninio sužadinimo evoliucija šviesai jautriose molekulėse yra reiškinys, kuriuo remiantis įmanoma nagrinėti daugelį natūralių ir dirbtinių procesų: augalų ir bakterijų fotosintezę, regos mechanizmą, optomechaninių bei optoelektroninių prietaisų (pavyzdžiui, organinių šviestukų) veikimą. Teoriškai šis reiškinys modeliuojamas sprendžiant laikinę Šriodingerio lygtį. Deja, toks sprendimas realiems, praktiškai panaudojamiems junginiams šiandien yra per sudėtingas uždavinys, todėl jį tenka keisti supaprastinant nagrinėjamų junginių modelius arba sprendimo metodiką. Šioje disertacijoje aprašomų tyrimų tikslas buvo elektroninės struktūros skaičiavimų metodais (t. y. sprendžiant paprastesnę nuostoviąją Šriodingerio lygtį) ištirti elektroninio sužadinimo sukeltus procesus fotoaktyviose molekulėse ir sudaryti sužadinimo relaksaciją apibūdinančius potencinės energijos paviršių modelius. Parodoma, jog ta pačia metodika atliekamų tyrimų rezultatai paaiškina įvairiuose junginiuose vykstančius reiškinius: bakteriorodopsino baltymo funkcinės grupės vykdomą protono pernašą poliniame tirpiklyje, indolo-benzoksazino junginio optomechaninį ciklą, našią fosforescenciją organiniame silicio polimere bei šviestukams naudojamo metaloorganinio komplekso su prijungtomis krūvininkų pernašos grupėmis ypatybes. / Evolution of the electronic excitation is a general process that can be used to explain many natural and artificial phenomena, such as photosynthesis in plants and bacteria, biological mechanism of vision, and operating principles of optomechanical and optoelectronic devices. This process is theoretically modeled by solving the time-dependent Schroedinger equation. However, such treatment is too computationally expensive to be used for practical molecular systems. Therefore, either models of the structure of the systems or the solving procedure itself must be simplified to get the desired results. The main goal of the research presented in this dissertation was to study processes caused by the electronic excitation in photoactive molecules using computational methods of electronic structure (i. e. solving the simpler time-independent Schroedinger equation) and to construct the potential energy surface models describing the energy relaxation in the investigated molecules. It is shown that the results of different investigations performed using the same procedure provide explanations of different phenomena in various compounds, such as: proton transfer in polar solvent, performed by a functional group of the bacteriorhodopsin protein; optomechanical cycle of the indolo-benzoxazine compound; efficient phosphorescence of the silicon-based organic polymer; and optical properties of organometallic emitter compound with additional charge-carrier groups.

Evolution of the electronic excitation is a general process that can be used to explain many natural and artificial phenomena, such as photosynthesis in plants and bacteria, biological mechanism of vision, and operating principles of optomechanical and optoelectronic devices. This process is theoretically modeled by solving the time-dependent Schroedinger equation. However, such treatment is too computationally expensive to be used for practical molecular systems. Therefore, either models of the structure of the systems or the solving procedure itself must be simplified to get the desired results. The main goal of the research presented in this dissertation was to study processes caused by the electronic excitation in photoactive molecules using computational methods of electronic structure (i. e. solving the simpler time-independent Schroedinger equation) and to construct the potential energy surface models describing the energy relaxation in the investigated molecules. It is shown that the results of different investigations performed using the same procedure provide explanations of different phenomena in various compounds, such as: proton transfer in polar solvent, performed by a functional group of the bacteriorhodopsin protein; optomechanical cycle of the indolo-benzoxazine compound; efficient phosphorescence of the silicon-based organic polymer; and optical properties of organometallic emitter compound with additional charge-carrier groups. / Elektroninio sužadinimo evoliucija šviesai jautriose molekulėse yra reiškinys, kuriuo remiantis įmanoma nagrinėti daugelį natūralių ir dirbtinių procesų: augalų ir bakterijų fotosintezę, regos mechanizmą, optomechaninių bei optoelektroninių prietaisų (pavyzdžiui, organinių šviestukų) veikimą. Teoriškai šis reiškinys modeliuojamas sprendžiant laikinę Šriodingerio lygtį. Deja, toks sprendimas realiems, praktiškai panaudojamiems junginiams šiandien yra per sudėtingas uždavinys, todėl jį tenka keisti supaprastinant nagrinėjamų junginių modelius arba sprendimo metodiką. Šioje disertacijoje aprašomų tyrimų tikslas buvo elektroninės struktūros skaičiavimų metodais (t. y. sprendžiant paprastesnę nuostoviąją Šriodingerio lygtį) ištirti elektroninio sužadinimo sukeltus procesus fotoaktyviose molekulėse ir sudaryti sužadinimo relaksaciją apibūdinančius potencinės energijos paviršių modelius. Parodoma, jog ta pačia metodika atliekamų tyrimų rezultatai paaiškina įvairiuose junginiuose vykstančius reiškinius: bakteriorodopsino baltymo funkcinės grupės vykdomą protono pernašą poliniame tirpiklyje, indolo-benzoksazino junginio optomechaninį ciklą, našią fosforescenciją organiniame silicio polimere bei šviestukams naudojamo metaloorganinio komplekso su prijungtomis krūvininkų pernašos grupėmis ypatybes.

Disertacijoje nagrinėjamas galimas aplinkos poveikis organinių molekulių elektroninių būsenų savybėms. Tam tikslui yra naudojami kompiuterizuotieji kvantinės mechanikos metodai, kuriais remiantis nagrinėjamos įvairių molekulių savybės. Ištirtos 2-(N-metil-α-iminoethyl)-fenol ir N-triphenylmethylsalicylidene imine molekelulių, esančių poliniame tirpiklyje, struktūros pagrindinėje ir sužadintose elektroninėse būsenose. Pirmą kartą parodyta, kad, norint gauti teisingą kokybinį ir artimą kiekybiniam vidujmolekulinės protono pernašos potencinės energijos paviršių, būtina atsižvelgti į polinių tirpiklio molekulių kuriamą vandenilinių ryšių tinklą bei į nulinių svyravimų energijas. Pastarieji ir nulemia protono pernašos vyksmo kryptį bei efektyvumą. Parodyta, kad anilų klasės molekulių konformerų susiformavimas priklauso nuo tirpiklio poliškumo, o jų susidarymas savo ruožtu konkuruoja su klasterių iš tirpiklio molekulių susiformavimo galimybėmis. Pirmą kartą parodyta, kad dipolinio momento vertė bakteriorodopsine yra nulemta membranos paviršiuose esančių radikalų. Pademonstruota, kad stilbazolio molekulė deformuojasi ir sudaro naujus konformerus (pademonstruota dviejų formų atsiradimo galimybė) tik esant molekulėms tirpalo apsuptyje. Šis rezultatas paaiškino eksperimente stebimus skirtuminių spektrinių pokyčių evoliucijos prigimtį. Apskaičiuotos ir išanalizuotos karotinoidų - luteino, violaksantino ir zeaksantino molekulių - žemiausios sužadintos elektroninės būsenos. Parodyta... [toliau žr. visą tekstą] / To explore changes caused by the environment on the internal characteristics of an organic molecule is the objective of the thesis. For this purpose we investigate a variety of organic molecules. Using various methods of quantum mechanics calculations possible influence of a polar solvent on the ground and excited states of 2-(N-metil-α-iminoethyl)-fenol and N-triphenylmethylsalicylidene imine is considered. It is shown for the first time that in order to obtain the correct qualitative and quantitative interpretation of possible pathways of the intermolecular proton transfer the hydrogen network of the polar solvent molecules together with the zero point energy have to be taken into consideration. It is also shown that conformational variability of anil-type molecules in polar solvents is competing with clusters formation of solvent molecules. It is shown for the first time that the dipole moment of bacteriorhodopsin is mainly defined by cytoplasmic and extracellular coils on the surfaces of the membrane. It is also demonstrated that the stilbazole molecule experiences the deformation resulting in formation of new conformers (at least two forms are present) in the solvent surrounding. The experimental data of the transient spectroscopy were explained in the basis of these model calculations. The lowest excited states of carotinoids, such as lutein, zeaxanthin and violoxantin are calculated and analyzed. Sensitivity of the excited electronic state on the polar environment is... [to full text]

With the development and rapid spread of new teaching methods involving the use of Information and Communication technologies (ICT) the need of new researches has appeared. Cognitive skills (skills of achieving theoretical and practical knowledge) can be effectively developed through chemistry experiments when theoretical and practical knowledge are juxtaposed. The research topic of the dissertation is the impact of ICT based chemistry experiments on cognitive skills education during chemistry lessons. The research was conducted in one of city’s gymnasiums by construction of cognitive skills expression during chemistry lessons model and its’ implementation in education project. Summarized research results showed weaknesses of ICT implementation in chemistry teaching and limitations of virtual chemistry experiments application for cognitive skills education. The dissertation creates guidelines for other researches in the field of ICT implementation for natural science education. / Tobulėjant informacinėms ir komunikacinėms technologijoms (IKT) vis didesnį populiarumą ir plėtrą įgauna mokomosios kompiuterinės priemonės, todėl atsiranda būtinumas tirti šių mokymo priemonių įtaką ugdymui. Pažintinių mokėjimų (mokėjimų įgyti teorines ir praktines žinias) ugdymas efektyviai vyksta per chemijos pamokų demonstracinius ir laboratorinius eksperimentus, kai yra sugretinamos teorinės žinios su praktiniais mokėjimais. Disertacijoje nagrinėjama, kokią įtaką pažintinių mokėjimų ugdymui turi chemijos demonstraciniai bandymai ir laboratoriniai darbai atlikti IKT pagalba. Nagrinėjant disertacijoje keliamą mokslinę problemą sukurtas pažintinių mokėjimų raiškos chemijos pamokose modelis, parengtas ir vienoje iš miesto gimnazijų įgyvendintas ugdymo projektas. Apibendrinus atliktų tyrimų rezultatus, nustatyti IKT taikymo chemijos ugdyme trūkumai, aprašyti virtualių chemijos eksperimentų taikymo pažintinių mokėjimų ugdymui ribotumai. Disertacinis tyrimas sukuria gaires kitiems IKT taikymo gamtamoksliniame ugdyme moksliniams tyrimams.

Disertacijoje nagrinėjamas galimas aplinkos poveikis organinių molekulių elektroninių būsenų savybėms. Tam tikslui yra naudojami kompiuterizuotieji kvantinės mechanikos metodai, kuriais remiantis nagrinėjamos įvairių molekulių savybės. Ištirtos 2-(N-metil-α-iminoethyl)-fenol ir N-triphenylmethylsalicylidene imine molekelulių, esančių poliniame tirpiklyje, struktūros pagrindinėje ir sužadintose elektroninėse būsenose. Pirmą kartą parodyta, kad, norint gauti teisingą kokybinį ir artimą kiekybiniam vidujmolekulinės protono pernašos potencinės energijos paviršių, būtina atsižvelgti į polinių tirpiklio molekulių kuriamą vandenilinių ryšių tinklą bei į nulinių svyravimų energijas. Pastarieji ir nulemia protono pernašos vyksmo kryptį bei efektyvumą. Parodyta, kad anilų klasės molekulių konformerų susiformavimas priklauso nuo tirpiklio poliškumo, o jų susidarymas savo ruožtu konkuruoja su klasterių iš tirpiklio molekulių susiformavimo galimybėmis. Pirmą kartą parodyta, kad dipolinio momento vertė bakteriorodopsine yra nulemta membranos paviršiuose esančių radikalų. Pademonstruota, kad stilbazolio molekulė deformuojasi ir sudaro naujus konformerus (pademonstruota dviejų formų atsiradimo galimybė) tik esant molekulėms tirpalo apsuptyje. Šis rezultatas paaiškino eksperimente stebimus skirtuminių spektrinių pokyčių evoliucijos prigimtį. Apskaičiuotos ir išanalizuotos karotinoidų - luteino, violaksantino ir zeaksantino molekulių - žemiausios sužadintos elektroninės būsenos. Parodyta... [toliau žr. visą tekstą] / To explore changes caused by the environment on the internal characteristics of an organic molecule is the objective of the thesis. For this purpose we investigate a variety of organic molecules. Using various methods of quantum mechanics calculations possible influence of a polar solvent on the ground and excited states of 2-(N-metil-α-iminoethyl)-fenol and N-triphenylmethylsalicylidene imine is considered. It is shown for the first time that in order to obtain the correct qualitative and quantitative interpretation of possible pathways of the intermolecular proton transfer the hydrogen network of the polar solvent molecules together with the zero point energy have to be taken into consideration. It is also shown that conformational variability of anil-type molecules in polar solvents is competing with clusters formation of solvent molecules. It is shown for the first time that the dipole moment of bacteriorhodopsin is mainly defined by cytoplasmic and extracellular coils on the surfaces of the membrane. It is also demonstrated that the stilbazole molecule experiences the deformation resulting in formation of new conformers (at least two forms are present) in the solvent surrounding. The experimental data of the transient spectroscopy were explained in the basis of these model calculations. The lowest excited states of carotinoids, such as lutein, zeaxanthin and violoxantin are calculated and analyzed. Sensitivity of the excited electronic state on the polar environment is... [to full text]