방향족 분자들의 기하구조와 전자구조의 분광학적 연구 - 김민호 (The Graduate School, Ajou University, 2011)
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.
학위논문(석사)--아주대학교 일반대학원 :에너지시스템학부,2011. 2
Keywords: protonated naphthalene; 2-aminophenol; 방향족 분자; 기하구조; 전자구조; 분광학