Структура и колебательные спектры гош- и транс-конформеров этанола: неэмпирические ангармонические расчеты и FTIR спектры в аргоновых матрицах

Abstract

Получены низкотемпературные спектры инфракрасного поглощения этанола, изолированного в аргоновой матрице, для ряда температур в интервале 20–45 К при соотношениях 1:1000 и 1:2000 числа исследуемых молекул к числу атомов матрицы. Предварительная интерпретация спектра выполнена на основании температурных изменений в спектрах и литературных данных. Расчеты структуры конформеров этанола, вращательных постоянных, барьеров внутреннего вращения метильной и гидроксильной групп выполнены в приближении B3LYP/cc-pVQZ. В этом же приближении проведены расчеты гармонических и ангармонических ИК спектров гош- и транс-конформеров. Для общего набора зависимых координат рассчитаны и сопоставлены силовые поля двух конформеров, распределения потенциальной энергии нормальных колебаний. Выполнен также учет эффектов ангармонизма путем введения спектроскопических масс для атомов водорода при выполнении расчетов нормальных колебаний в гармоническом приближении.

Отримано низькотемпературні спектри інфрачервоного поглинання етанолу, ізольованого в аргоновій матриці, для ряду температур в інтервалі 20–45 К при співвідношеннях 1:1000 та 1:2000 числа досліджуваних молекул до числа атомів матриці. Попередню інтерпретацію спектру виконано на підставі температурних змін в спектрах та літературних даних. Розрахунки структури конформерів етанолу, обертальних постійних, бар'єрів внутрішнього обертання метільної та гідроксильної груп виконано в наближенні B3LYP/cc-pVQZ. У цьому ж наближенні проведено розрахунки гармонічних та ангармонічних ІЧ спектрів гош- та транс-конформерів. Для загального набору залежних координат розраховано та зіставлено силові поля двох конформерів, розподілу потенційної енергії нормальних коливань. Виконано також облік ефектів ангармонізму шляхом введення спектроскопічних мас для атомів водню при виконанні розрахунків нормальних коливань в гармонічному наближенні.

Low-temperature infrared absorption spectra of ethanol trapped in an argon matrix were obtained for the temperature range 20–45 K at the ratios 1:1000 and 1:2000 of the number of the investigated molecules to the number of the matrix atoms. The preinterpretation of the spectrum was made on the basis of the temperature changes in the spectra and the literature data. The ethanol conformers’ structure, rotational constants, the barriers of internal rotation of methyl and hydroxyl groups were calculated in the approximation B3LYP/cc-pVQZ. The same approximation was used in the calculations of harmonic and anharmonic IR spectra of gauche- and trans-conformers. For a general set of the dependent coordinates the force fields of the two conformers were calculated and compared as well as the potential energy distributions. The calculations of normal vibrations in the harmonic approximation were carried out with due account of the anharmomism effect by introducing the spectroscopic masses for hydrogen atoms.