Taras Shevchenko National University of Kyiv (2, Prosp. Academician Glushkov, Kyiv 3022, Ukraine) Turin Polytechnic University in Tashkent (Tashkent, Uzbekistan) экспериментальное исследование

B. ESHCHANOV,^{1, 2} SH. OTAJONOV,² G. MUKHAMEDOV,¹ I. DOROSHENKO,³ O. KARPOVA,⁴ SH. ALLAKULIEVA ^2
1 Chirchik State Pedagogical Institute (Uzbekistan; e-mail: [e-mail])
² National University of Uzbekistan (Uzbekistan)
³ Taras Shevchenko National University of Kyiv (2, Prosp. Academician Glushkov, Kyiv 03022, Ukraine)
4 Turin Polytechnic University in Tashkent (Tashkent, Uzbekistan)
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КОМБИНАЦИОННЫХ СПЕКТРОВ НЕКОТОРЫХ АРОМАТИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ
Методом комбинационной спектроскопии исследованы колебательные спектры жидких ароматических углеводородов – бромбензола, диоксана, толуола – в широком диапазоне частот. Проявление крутильных колебаний отдельных групп атомов установлено из полученных данных по низкочастотным спектрам. Показана возможность использования полуэмпирического метода для расчета потенциальных барьеров метильных и галогенидных групп в производных бензола.
Ключевые слова: колебательная спектроскопия, бромбензол, диоксан, толуол, деформационные колебания, крутильные колебания, потенциальный барьер.
1. ВВЕДЕНИЕ
Колебательная спектроскопия является одним из наиболее информативных экспериментальных методов изучения жидкого состояния веществ. Используя колебательную спектроскопию, можно получить информацию, которая часто недоступна другим экспериментальным методам исследования. Существует множество теоретических и экспериментальных работ [1-15], посвященных исследованию вклада внутри- и межмолекулярных взаимодействий в контуры колебательных полос. Колебательные спектры молекул характеризуются положением максимумов полос, их интенсивностью и формой. Изучение изменений этих параметров, вызванных межмолекулярными взаимодействиями, позволяет получать информацию о структуре жидкостей и наличии в них относительно долгоживущих межмолекулярных комплексов и ассоциатов [16-18], а также изучать молекулярную динамику. Межмолекулярные взаимодействия в жидкостях вызывают изменения силовых констант межатомных связей в молекулах. Динамический характер этих взаимодействий является причиной расширения полос в колебательные спектры жидкостей.
Однако, если это возмущение сохраняется в течение относительно длительного времени, это приводит к изменению частоты колебательной полосы в спектре. Это время должно значительно превышать время релаксации внутримолекулярных колебаний, которое обычно не превышает десятков пикосекунд в жидкостях. Следовательно, существование относительно долгоживущего локального порядка во флюиде, связанного с образованием различных комплексов и ассоциатов, проявляется в изменении частот внутримолекулярных колебаний. Эти изменения наиболее четко наблюдаются в полосах, соответствующих колебаниям атомов, через которые происходит взаимодействие между молекулами в ассоциате. Разнообразие таких локальных сред приводит к тому, что в спектре имеется несколько дискретно смещенных полос, количество которых определяется количеством типов соединений, образующихся в жидкости. Интенсивность этих полос зависит от концентрации ассоциатов этого типа в жидкости [9, 10, 18, 19].

Рис. 1. Схема экспериментальной установки для регистрации спектров комбинационного рассеяния света: 01 – возбуждающий лазер; 02, 06 – подключение оптического волокна с пропускной способностью до 90%; 03 – настроенный объектив; 04 – стол микроскопа; 05 – набор фильтров; 07 – спектрометр STR250; 08 – пьезоэлектрический детектор; 09 – белый свет; 10 – винтовая фокусировка.
Низкочастотная часть колебательных спектров содержит, в частности, крутильные колебания молекул. Следует отметить, что изучение крутильных колебаний атомных групп сложных молекул имеет большое значение для понимания сил, действующих в молекулах. Данные о частотах кручения необходимы для статистического расчета термодинамических функций молекул, а точные значения термодинамических функций, в свою очередь, требуются для решения различных задач. Уточнение значений частоты или обнаружение новых линий в низкочастотной области играет важную роль для надежной интерпретации всего спектра колебаний, поскольку низкие частоты очень чувствительны к небольшим изменениям силовых констант.
Несмотря на широкое научное и практическое применение, изучение поведения физических закономерностей, связанных с проявлением низкочастотных комбинационных спектров, на данный момент остается практически неосвещенным в научной литературе. Существует лишь несколько работ, посвященных этим проблемам. В представленной работе мы изучаем межмолекулярные взаимодействия в некоторых жидких ароматических углеводородах, таких как бромбензол (C₆H₅–Br), толуол (C₆H₅– CH₃) и диоксан (C₄H₈O₂), анализируя их спектры Raman. Все эти молекулы состоят из бензольного кольца, некоторые атомы которого замещены другими атомами или группами атомов.
Так, в бромбензоле один из атомов водорода замещен на Br, в толуоле – на метильную группу CH₃. В диоксане два атома углерода бензольного кольца замещены атомами кислорода. Различная природа присоединения метильной и галогенидной групп к бензольному кольцу делает их интересными объектами для изучения влияния неполярного углеводородного заместителя на характер релаксационных процессов молекул в жидкой фазе [13, 23]. Такое систематическое изучение целых классов соединений с постепенно усложняющейся структурой молекул имеет особое значение. Это может помочь понять роль формы и размера молекул в межмолекулярном взаимодействии.