Studies on structural, optical nonlinearity and antibacterial activity of Piperazine (bis) p-toluenesulfonate single crystal for optical limiting and biological applications

К. Балакрішнан; С. Сакті Прія; А. Лакшманан; П. Сурендран; К. Каннан; П. Гіта; Г. Вініта; П. Правін Кумар; П. Рамешкумар

doi:10.15330/pcss.24.1.46-55

Автор(и)

К. Балакрішнан Університет Бхаратідасану, Путанампатті, Індія
С. Сакті Прія Університет Бхаратідасану, Путанампатті, Індія; Урядовий коледж мистецтв Арігнар Анна, Намаккал, Тамілнаду, Індія
А. Лакшманан Університет Бхаратідасану, Путанампатті, Індія; Інженерний коледж MAM, Сіруганур, Тіручіраппаллі, Тамілнаду, Індія
П. Сурендран Університет Бхаратідасану, Путанампатті, Індія; Державний коледж мистецтв і науки, Комарапалаям, Тамілнаду, Індія
К. Каннан Відділ хімічних наук і Центр радикальних досліджень, Аріельський університет, Аріель, Ізраїль
П. Гіта Державний жіночий коледж Куейд-І-Міллат (автономний), Тамілнаду, Індія
Г. Вініта Школа передових наук, VIT Ченнай, Таміл Наду, Індія
П. Правін Кумар Університет Мадрасу, президентський коледж (автономний), Ченнаї, Тамілнаду, Індія
П. Рамешкумар Університет Мадрасу, президентський коледж (автономний), Ченнаї, Тамілнаду, Індія

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.24.1.46-55

Ключові слова:

вирощування кристалів, оптичний матеріал, оптичне обмеження, антибактеріальна дія

Анотація

Органічний монокристал піперазин (bis) p-толуолсульфонат (PPTSA) синтезовано і вирощено при температурі навколишнього середовища шляхом процесу повільного випаровування із використанням метанолу у якості розчинника. Вирощено кристал PPTSA відноситься до триклінної системи і належить до просторової групи P1-. Для перевірки параметрів гратки застосовано метод порошкової рентгенівської дифракції. Аналіз і конформацію функціональних груп і зв'язків проводили за допомогою спектрального дослідження FT-IR. Оптичні характеристики досліджено із використанням спектру UV-Vis, зокрема, досліджено оптичне поглинання, розрахована довжина хвилі відсікання. Для оцінки світлових характеристик вирощеного кристала досліджено спектри фотолюмінесценції. Розраховані параметри NLO, такі як β, n₂ та χ⁽³⁾, були встановлені, відповідно, як 0.0495×10^-4 (cm/W), 8.705×10^-10 (cm²/W), 5.316×10^-7 (esu), виявлене порогове оптичне обмеження склало 3.074×10^-3 (Wcm^-2). Здійснено антибактеріальні дослідження для вивчення біологічної активності проти вибраних мікробів харчового походження.

Посилання

E. Selvakumar, G. Anandha babu, P. Ramasamy, Rajnikant, T. Uma Devi, R. Meenakshi, A. Chandramohan, Synthesis, growth, structure and spectroscopic characterization of a new organic nonlinear optical hydrogen bonding complex crystal: 3-Carboxyl anilinium p-toluene sulfonate, Spectrochim. Acta Part A Mol. Biomol. Spectrosc. 125, 114 (2014); https://doi.org/10.1016/j.saa.2014.01.035.

K. Sangeetha, S. Thamotharan, R.R. Babu, S.M. Kumar, Linear and nonlinear optical properties of 4-nitrobenzoic acid (4-NBA) single crystals, Bull. Mater. Sci. 41, 73 (2018); https://doi.org/10.1007/s12034-018-1583-5.

R. Aarthi, P. Umarani, C.R. Raja, Interpretation of molecular structure and third-order nonlinear optical studies of 4-methylbenzylammonium nitrate single crystal, Appl. Phys. A. 124, 498 (2018); https://doi.org/10.1007/s00339-018-1913-x.

G. Peramaiyan, R.M. Kumar, G. Bhagavannarayana, Crystal growth, structural, optical and dielectric studies of ammonium p-toluenesulfonate, J. Cryst. Growth. 408, 14 (2014); https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2014.09.011.

V. Thayanithi, P.P. Kumar, Growth, optical, mechanical and thermal behavior of unidirectionally grown L-Glutaminium p-Toluenesulfonate crystal, Mater. Res. Express. 6, 46207 (2019); https://doi.org/10.1088/2053-1591/aafd43.

S. Sagadevan, P. Murugasen, Studies on Optical, Mechanical and Electrical Properties of Organic Nonlinear Optical p-Toluidine p-Toluenesulfonate Single Crystal, J. Cryst. Process Technol. 4, 99 (2014); https://doi.org/:10.4236/jcpt.2014.42013.

C. Amirthakumar, B. Valarmathi, I.M. Zahid, G. Vinitha, V. Seetharaman, A. Ramnathan, R.M. Kumar, Studies on the third order nonlinear optical properties of a novel o-Phenylenediaminium p-Toluenesulfonate single crystal, Mater. Lett. 247, 25 (2019); https://doi.org/10.1016/j.matlet.2019.03.068.

G. Shanmugam, S. Brahadeeswaran, Spectroscopic, thermal and mechanical studies on 4-methylanilinium p-toluenesulfonate – a new organic NLO single crystal, Spectrochim. Acta - Part A Mol. Biomol. Spectrosc. 95, 177 (2012); https://doi.org/10.1016/j.saa.2012.04.100.

M. Suresh, S. Asath Bahadur, S. Athimoolam, Synthesis, growth and characterization of a new hydrogen bonded organic tosylate crystal: l-alaninium p-toluenesulfonate for second order nonlinear optical applications, J. Mater. Sci. Mater. Electron. 27, 4578 (2016); https://doi.org/10.1007/s10854-016-4334-7.

R. Kaliammal, S. Sudhahar, G. Parvathy, K. Velsankar, K. Sankaranarayanan, Physicochemical and DFT studies on new organic Bis-(2-amino-6-methylpyridinium) succinate monohydrate good quality single crystal for nonlinear optical applications, J. Mol. Struct. 1212, 128069 (2020); https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2020.128069.

A. Rathika, M. Antony Lilly Grace, A. Arun Kumar, R. Subramaniyan, R. Suja, Organic piperazine p-nitrophenol (PPN) single crystal growth and characterization, Mater. Today Proc. 47, 4741 (2021); https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.05.663.

A. Suvitha, P. Vivek, P. Murugakoothan, Nucleation kinetics, growth and characterization of guanidinium 3-nitrobenzoate single crystal, Opt. - Int. J. Light Electron Opt. 124, 3534 (2013); https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2012.10.069.

P. Rekha, G. Peramaiyan, M. NizamMohideen, R. Mohan Kumar, R. Kanagadurai, Synthesis, growth, structural and optical studies of a novel organic Piperazine (bis) p-toluenesulfonate single crystal, Spectrochim. Acta Part A Mol. Biomol. Spectrosc. 139, 302 (2015); https://doi.org/10.1016/j.saa.2014.12.069.

S. Sakthy Priya, K. Balakrishnan, P. Surendran, A. Lakshmanan, S. Pushpalatha, G. Ramalingam, P. Rameshkumar, K. Kaviyarasu, T. Ashok Hegde, G. Vinitha, Investigations on structural, electrical, and third order nonlinear optical properties of benzimidazolium maleate single crystal, Mater. Today Proc. 36, 163 (2021); https://doi.org/:10.1016/j.matpr.2020.02.680.

R.U. Mullai, S.R. Kanuru, R. Arul Jothi, S. Gopinath, S. Vetrivel, Synthesis, growth, thermal, mechanical and optical studies of piperazinium based cupric sulfate (PCS) single crystals: A third order nonlinear optical material,Opt. Mater. (Amst). 110, 110482 (2020) https://doi.org/10.1016/j.optmat.2020.110482.

Antibacterial activity and physico-chemical properties of metal-organic single crystal: Zinc (Tris) thiourea chloride Antibacterial activity and physico-chemical properties of metal-organic single crystal: Zinc (Tris) thiourea chloridephotocatalytic, antimicrobial and anticancer enhancing performance

photocatalytic, antimicrobial and anticancer enhancing performance. In-

ternational Journal of Environmental Analytical Chemistry 102:1095–1108

DOI 10.1080/03067319.2020.1733543.

S. Gunasekaran, B. Anita, Spectral investigation and normal coordinate analysis of piperazine, Indian J. Pure Appl. Phys. 46, 833 (2008); http://nopr.niscair.res.in/handle/123456789/3024.

S. Chinnasami, M. Manikandan, S. Chandran, R. Paulraj, P. Ramasamy, Growth, Hirshfeld surfaces, spectral, quantum chemical calculations, photoconductivity and chemical etching analyses of nonlinear optical p-toluidine p-toluenesulfonate single crystal, Spectrochim. Acta Part A Mol. Biomol. Spectrosc. 206, 340 (2019); https://doi.org/10.1016/j.saa.2018.08.015.

R.R. Kumar, P. Sathya, R. Gopalakrishnan, Structural, vibrational, thermal and optical studies of organic single crystal: Benzotriazolium p-toluene sulfonate (BTPTS), in: AIP Conf. Proc., 20508 (2016); https://doi.org/10.1063/1.4946559.

S.V. Ashvin Santhia, B. Aneeba, S. Vinu, R. Sheela Christy, A.M. Al-Mohaimeed, D.A. Al Farraj, Studies on physicochemical and antibacterial deeds of amino acid based L-Threoninum sodium bromide, Saudi J. Biol. Sci. 27, 2987 (2020); https://doi.org/10.1016/j.sjbs.2020.09.020.

S.S.B. Solanki, R.N. Perumal, T. Suthan, Growth and characterization of propyl 4-hydroxybenzoate single crystal by vertical Bridgman technique, Mater. Res. Innov. 22, 144 (2018); https://doi.org/10.1080/14328917.2016.1266428.

G. Feng, L. Li, D. Xu, Optical Properties of CaNb2O6 Single Crystals Grown by OF, Crystals. 11, 928 (2021); https://doi.org/10.3390/cryst11080928.

A.T. Ravichandran, R. Rathika, M. Kumaresavanji, Growth and Z-scan analysis of semi-organic Bis(picolinic acetate) Zinc(II) single crystal for third order NLO applications, J. Mol. Struct. 1224, 129048 (2021); https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2020.129048.

V. Subhashini, S. Ponnusamy, C. Muthamizhchelvan, B. Dhanalakshmi, Growth and characterization of piperazinium 4-nitrophenolate monohydrate (PNP): A third order nonlinear optical material, Opt. Mater. (Amst). 35, 1327 (2013); https://doi.org/10.1016/j.optmat.2013.01.032.

G. Anandha Babu, P. Ramasamy, Growth and characterization of 2-amino-4-picolinium toluene sulfonate single crystal, Spectrochim. Acta Part A Mol. Biomol. Spectrosc. 82, 521 (2011); https://doi.org/10.1016/j.saa.2011.08.003.

V. Siva, S. Asath Bahadur, A. Shameem, A. Murugan, S. Athimoolam, M. Suresh, Synthesis, supramolecular architecture, thermal and optical behavior of 4-methoxyanilinium perchlorate: A promising third-order NLO material for optical limiting device applications, Opt. Mater. (Amst). 96, 109290 (2019); https://doi.org/10.1016/j.optmat.2019.109290.

V. Siva, A. Shameem, A. Murugan, S. Athimoolam, M. Suresh, S. Asath Bahadur, A promising guanidinium based metal-organic single crystal for optical power limiting applications, Chinese J. Phys. 64, 103 (2020) https://doi.org/10.1016/j.cjph.2020.01.001.

A. Anandhan, C. Sivasankari, M. Saravanabhavan, V. Siva, K. Senthil, Synthesis, crystal structure, spectroscopic investigations, physicochemical properties of third-order NLO single crystal for optical applications, J. Mol. Struct. 1203, 127400 (2020); https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2019.127400.

K. Pichan, S.P. Muthu, R. Perumalsamy, Crystal growth and characterization of third order nonlinear optical piperazinium bis(4-hydroxybenzenesulphonate) (P4HBS) single crystal, J. Cryst. Growth. 473, 39 (2017); https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2017.05.018.

S. Kamaal, M. Mehkoom, M. Muslim, S.M. Afzal, A. Alarifi, M. Afzal, A. Alowais, M. Muddassir, A.N. Albalwi, M. Ahmad, Crystal Structure, Topological and Hirshfeld Surface Analysis of a Zn(II) Zwitterionic Schiff Base Complex Exhibiting Nonlinear Optical (NLO) Properties Using Z-Scan Technique, Crystals. 11, 508 (2021); https://doi.org/10.3390/cryst11050508.

K. Nivetha, K. Aravinth, K. Senthil, S. Kalainathan, Evaluation of structural, spectral, thermal and optical properties of an efficient centrosymmetric organic single crystal 2-[2-(4-diethylamino-phenyl)-vinyl]-1-methyl pyridinium tetrafluoroborate for nonlinear optical applications, J. Mol. Struct. 1225, 129082 (2021); https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2020.129082.

M. Tamil Elakkiya, K. Anitha, CCDC 1541880: Experimental Crystal Structure Determination, Mater. Lett. 235, 202 (2019); https://doi.org/10.1016/j.matlet.2018.10.015.

S. Sakthy Priya, K. Balakrishnan, P. Surendran, A. Lakshmanan, S. Pushpalatha, P. Rameshkumar, P. Geetha, K. Kannan, T.A. Hegde, G. Vinitha, Investigation on nonlinear optical and antibacterial properties of organic single crystal: p-Toluidinium L-Tartrate, Chem. Data Collect. 31, 100640 (2021); https://doi.org/10.1016/j.cdc.2020.100640.

V. Revathi, K. Karthik, H. Mahdizadeh, Antibacterial activity and physico-chemical properties of metal-organic single crystal: Zinc (Tris) thiourea chloride, Chem. Data Collect. 24, 100279 (2019); https://doi.org/10.1016/j.cdc.2019.100279.

S.S. Priya, K. Balakrishnan, P. Surendran, A. Lakshmanan, P. Geetha, P. Rameshkumar, T.A. Hegde, G. Vinitha, A.A. Raj, Investigations on Structural, Mechanical, Optical, Electrical, Third-Order Nonlinear Optical and Antibacterial Activity of 4-Aminopyridine Monophthalate Single Crystal, J. Electron. Mater. 50, 291 (2021); https://doi.org/10.1007/s11664-020-08497-w.

K. Kannan, D. Radhika, S. Vijayalakshmi, K.K. Sadasivuni, A. A. Ojiaku, U. Verma, Facile fabrication of CuO nanoparticles via microwave-assisted method: photocatalytic, antimicrobial and anticancer enhancing performance, Int. J. Environ. Anal. Chem. 102, 1095 (2022); https://doi.org/10.1080/03067319.2020.1733543.

G.B. Dani RK, P.R. Srivastava M, Y.R. Gondwal M, Synthesis, Characterization, Single Crystal Structural Studies, Antibacterial Activity and DFT Investigations of 2-Chloro-5-Ethoxy-3,6- Bis(Methylamino)-1,4-Benzoquinone, Pharm. Anal. Acta. 6, 1 (2015); https://doi.org/10.4172/2153-2435.1000418.

V. Beena, S. Ajitha, S.L. Rayar, C. Parvathiraja, K. Kannan, G. Palani, Enhanced Photocatalytic and Antibacterial Activities of ZnSe Nanoparticles, J. Inorg. Organomet. Polym. Mater. 31, 4390 (2021); https://doi.org/10.1007/s10904-021-02053-7.

P. Surendran, A. Lakshmanan, S.S. Priya, K. Balakrishnan, P. Rameshkumar, K. Kannan, P. Geetha, T.A. Hegde, G. Vinitha, Bioinspired fluorescence carbon quantum dots extracted from natural honey: Efficient material for photonic and antibacterial applications, Nano-Structures and Nano-Objects. 24, 100589 (2020); https://doi.org/10.1016/j.nanoso.2020.100589.

K. Kannan, D. Radhika, D. Gnanasangeetha, S.K. Lakkaboyana, K.K. Sadasivuni, K. Gurushankar, M.M. Hanafiah, Photocatalytic and antimicrobial properties of microwave synthesized mixed metal oxide nanocomposite, Inorg. Chem. Commun. 125, 108429 (2021); https://doi.org/10.1016/j.inoche.2020.108429.

A. Lakshmanan, P. Surendran, S. Sakthy Priya, K. Balakrishnan, P. Geetha, P. Rameshkumar, T.A. Hegde, G. Vinitha, K. Kannan, Investigations on structural, optical, dielectric, electronic polarizability, Z-scan and antibacterial properties of Ni/Zn/Fe2O4 nanoparticles fabricated by microwave-assisted combustion method, J. Photochem. Photobiol. A Chem. 402, 112794 (2020) https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2020.112794.