방향족 분자들의 기하구조와 전자구조의 분광학적 연구
Spectroscopic studies of geometric and electronic structures of aromatic molecules
- 주제(키워드) protonated naphthalene , 2-aminophenol
- 발행기관 아주대학교 대학원
- 지도교수 강혁
- 발행년도 2011
- 학위수여년월 2011. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 에너지시스템학부
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000011520
- 본문언어 영어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
This thesis aimed at understanding intrinsic properties of interstellar molecules and biomolecules. Protonated naphthalene is one of the interstellar molecules and 2-aminophenol is one of the biomolecule. These molecules have an aromatic ring. In this thesis, geometric and electronic structures of aromatic molecules have been studied using laser spectroscopy and quantum mechanical computation. UV-visible spectra of protonated naphthalene (NaphH+) microsolvated by one and two water molecules were obtained by photofragmentation spectroscopy. While Naph absorbs in the UV, NaphH+ absorbs visible radiation around 500 ㎚. Naph(H₂O)₁H+ shows similar visible absorption as in NaphH+, while Naph(H₂O)₂H+ has no visible absorption but only absorbs in the UV. The result of ab initio calculation shows that Naph(H₂O)1H+ has the geometry of protonated naphthalene microsolvated by one water molecule. Therefore Naph(H₂O)₁H+ shows red-shifted absorption from that of NaphH+. On the other hand, the proton in Naph(H₂O)₂H+ resides on the water moiety, which results in the UV absorption red-shifted from that of neutral Naph. The electronic spectrum of 2-aminophenol (2AP) in the gas phase has been investigated by 1-color resonance-enhanced multiphoton ionization (REMPI) spectroscopy and ab initio calculation at the second-order approximate coupled cluster (CC2) level. Two conformational isomers of 2AP are possible, cis and trans according to the orientation of OH group relative to NH₂group. Our calculation indicates that the trans isomer is much more stable than the cis isomer in the ground state, because the intramolecular hydrogen boding structure in the latter involves rotation of NH₂group with a high barrier. The REMPI spectrum shows the 0-0 band of 2AP at 33,450㎝^(-1), a strong 125㎝^(-1) progression, and a broad absorption feature at high excitation energy. The 125㎝^(-1) progression is assigned to the progression of 10a vibration (butterfly mode) based on the frequency calculation in the S₁state at the CC2 level. Calculation of Franck-Condon overlap integral successfully reproduced the experimental spectrum. The CC2 calculation also indicates that there is a πσ* state dissociative along the OH bond.
more초록/요약
이 논문은 성간 물질을 이루는 분자들과 생체 내의 분자들의 고유한 성질을 이해를 목적으로 한다. 양성자화된 나프탈렌은성간 분자 중 하나이고, 2-아미노페놀은 생체 분자 중 하나이다. 이 분자들은 공통적으로 방향족 고리를 가지고 있다. 이 논문에서는 방향족 분자의 기하 구조와 전자 구조를 레이저를 이용한분광학과 양자역학을 이용한 계산 연구에 대해 다루었다. 한 개 또는 두 개의 물을 미세 용매화 시킨 양성자화된 나프탈렌을 자외선-가시광선을 이용하여 광분해 스펙트럼을 이용하여 얻었다. 나프탈렌은 자외선 영역의 빛을 흡수하지만, 양성자화된 나프탈렌은 500㎚근처에서 흡수가 있다. 양성자화된 나프탈렌 1수화물은 수화되지 않은 양성자화된 나프탈렌과 흡수가비슷하다. 하지만 2수화물은 가시광선을 흡수하지 않고 자외선을흡수한다. 양자 계산 결과 1수화물의 기하 구조는 양성자화된 나프탈렌에 물 분자 하나 붙어있는 구조를 가지고 있으며, 그렇기때문에 1수화물은 양성자화된 나프탈렌보다 적색편이 된 흡수를보인다. 반면에 2수화물의 경우에는 양성자가 물 분자 쪽에 존재하기 때문에 중성나프탈렌보다 적색편이 된 흡수를 보인다.기체상에서의 2-아미노페놀의 전자 구조를 공명 증강 다광자 이온화법과 CC2 수준의 양자 계산을 통하여 실험하였다. 2-아미노페놀은 아민기와 히드록시기 사이의 구조적인 차이에 의한 cis와 trans의 두 가지 이성질체를 가질 수 있다. 우리의 계산 결과로 바닥상태에서는 cis 구조보다 trans 구조가 더 안정하다는 결론을 낼 수 있었다. 그 이유는 cis 구조에서 분자 내 수소결합이 일어날 때 아민기의 회전이 수반되어야 하는데, 이것이높은 장벽을 가지기 때문이다. 공명 증강 다 광자 이온화법을 이용한 스펙트럼에서 2-아미노페놀의 0-0 전이는 33,450㎝-1에서 나타났으면 125㎝-1의 연속적인 스펙트럼 구조도 나타났으며, 높은 여기 에너지 부분에서는 들떠있는 흡수를 볼 수 있다. 125㎝-1의연속적 스펙트럼 구조는 CC2 수준의 들뜬 상태의 진동수 계산에 의하면 10a에 해당하는 진동 모드에 해당한다. Franck-Condon overlap integral 계산은 실험적인 결과와 어느정도 잘 일치했다. CC2 계산은 산소와 수소 원자 사이의 결합에 두 원자 사이가 떨어지는 πσ* 상태가 존재함을 보여주었다.
more목차
Chapter Ⅰ. Background 1
1. Molecular beam by supersonic expansion 2
2. REMPI (Resonance Enhanced Multi-Photon Ionization) 11
3. References 15
Chapter Ⅱ. Microsolvation effect on the UV-visible spectrum of a protonated polyaromatic hydrocarbon: naphthalene- (H₂O)n=₁,₂-H+ 17
1. Introduction 18
2. Experiment 20
3. Results and Discussion 23
4. Conclusion 41
5. References 42
Chapter Ⅲ. REMPI spectroscopy of jet-cooled 2-aminophenol 44
1. Introduction 45
2. Experiment 48
3. Results and Discussion 50
4. Conclusion 57
5. References 58
