Abstract This study focuses on the design of the new dye of donor-π-acceptor (D−π−A) system of methyl 4-((4-aminophenyl)ethynyl)benzoate (MAPEB) to highlight its structural-property relation through a combined experimental and quantum chemical calculation approaches for optical limiting applications. MAPEB was synthesized via aerobic condition palladium-catalysed Sonogashira cross-coupling reaction with good yield. This molecular structure was confirmed by single crystal X-ray crystallographic analysis and the crystal exhibits monoclinic non-centrosymmetric space group of Pc. The existence of intermolecular interactions was confirmed by Hirshfeld analysis, showing high contribution of C⋯H contact which suggested the high nonlinear optical response of the compound. The experimental spectroscopic data including Fourier Transform Infrared (FT-IR), 1H and 13C Nuclear Magnetic Resonance, electronic absorption spectra, HOMO-LUMO energy gap were compared with Density Functional Theory (DFT) at 6–311++G (d,p) basis set. The experimental results complement the theoretical findings in supporting anticipated electronic properties of the molecule. Additionally, the z-scan analysis unveils an excellent value of χ3 of MAPEB in the order of 10−6 esu which indicate good nonlinear optical material under 532 nm continuous wave laser. Low optical limiting action was measured at 110 kW/cm2 which is suitable for various continuous wave laser applications. These findings prove that MAPEB has the potential to be employed as NLO materials for photonic applications.

中文翻译：

---

4-((4-氨基苯基)乙炔基)苯甲酸甲酯晶体在连续波激光激发下的结构-性质研究及光学限制作用机制

摘要 本研究重点设计了新型染料 4-((4-氨基苯基)乙炔基)苯甲酸甲酯 (MAPEB) 的供体-π-受体 (D-π-A) 系统，以通过用于光学限制应用的结合实验和量子化学计算方法。MAPEB 是通过有氧条件下钯催化的 Sonogashira 交叉偶联反应合成的，收率良好。这种分子结构通过单晶 X 射线晶体学分析得到证实，该晶体表现出 Pc 的单斜非中心对称空间群。Hirshfeld 分析证实了分子间相互作用的存在，显示 C⋯H 接触的高贡献，表明该化合物的高非线性光学响应。实验光谱数据包括傅里叶变换红外（FT-IR），1H 和 13C 核磁共振、电子吸收光谱、HOMO-LUMO 能隙与密度泛函理论 (DFT) 在 6–311++G (d,p) 基组下进行了比较。实验结果补充了支持分子预期电子特性的理论发现。此外，z 扫描分析揭示了 MAPEB 的 χ3 值在 10-6 esu 的数量级，这表明在 532 nm 连续波激光下是良好的非线性光学材料。在 110 kW/cm2 下测得的低光学限制作用适用于各种连续波激光应用。这些发现证明 MAPEB 具有用作光子应用的 NLO 材料的潜力。HOMO-LUMO 能隙与密度泛函理论 (DFT) 在 6–311++G (d,p) 基组下进行了比较。实验结果补充了支持分子预期电子特性的理论发现。此外，z 扫描分析揭示了 MAPEB 的 χ3 值在 10-6 esu 的数量级，这表明在 532 nm 连续波激光下是良好的非线性光学材料。在 110 kW/cm2 下测得的低光学限制作用适用于各种连续波激光应用。这些发现证明 MAPEB 具有用作光子应用的 NLO 材料的潜力。HOMO-LUMO 能隙与密度泛函理论 (DFT) 在 6–311++G (d,p) 基组下进行了比较。实验结果补充了支持分子预期电子特性的理论发现。此外，z 扫描分析揭示了 MAPEB 的 χ3 值在 10-6 esu 的数量级，这表明在 532 nm 连续波激光下是良好的非线性光学材料。在 110 kW/cm2 下测得的低光学限制作用适用于各种连续波激光应用。这些发现证明 MAPEB 具有用作光子应用的 NLO 材料的潜力。z 扫描分析揭示了 MAPEB 的 χ3 值在 10-6 esu 的数量级，这表明在 532 nm 连续波激光下是良好的非线性光学材料。在 110 kW/cm2 下测得的低光学限制作用适用于各种连续波激光应用。这些发现证明 MAPEB 具有用作光子应用的 NLO 材料的潜力。z 扫描分析揭示了 MAPEB 的 χ3 值在 10-6 esu 的数量级，这表明在 532 nm 连续波激光下是良好的非线性光学材料。在 110 kW/cm2 下测得的低光学限制作用适用于各种连续波激光应用。这些发现证明 MAPEB 具有用作光子应用的 NLO 材料的潜力。