Metolazone molekülünün yapısal parametrelerinin ve titreşimsel özelliklerinin deneysel ve teorik yöntemlerle analizi
The analysis of structral parameters and vibratioanal properties of metolazone molecule by experimental and theoretical methods
Yazar: YASEMİN ŞALE
Danışman: DOÇ. DR. YASEMİN AKKAYA
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Atom ve Molekül Fiziği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasının amacı, metolazone molekülünün yapısının ve titreşimsel özelliklerinin, çeşitli deneysel ve teorik moleküler spektroskopik yöntemler yardımıyla belirlenmesidir. Bu çerçevede serbest metolazone molekülüne ait olası en kararlı konformerlerin sayısını belirleyebilmek için, Yoğunluk Fonksiyoneli Teorisi'ne dayalı hibrit yöntemlerden birisi olan B3LYP yöntemi kullanılarak potansiyel enerji yüzeyi taraması, geometri optimizasyonu ve frekans hesaplamasından oluşan teorik konformasyonel bir araştırma çalışması yapılmıştır. 

Hesaplama sırasında, her iterasyonda molekülün tüm diğer koordinatları sabit tutularak, belli dihedral açıları değiştirilmiştir. Geometri optimizasyonu sırasıyla B3LYP/6-31G, B3LYP/6-31G(d), B3LYP/6-31++G(d,p) ve B3LYP/6-311++G(d,p) teori düzeylerinde gerçekleştirilmiştir. Spektral hesaplamalarda kullanılan teorideki yaklaşıklıklar ve titreşimlerin anharmonikliğinin dikkate alınmaması nedeniyle, hesaplanan dalgasayılarını deneysel dalgasayılarına yaklaştırmak için ölçeklendirme işlemi yapılmaktadır. Ölçekleme işlemi iki farklı ölçekleme prosedürü kullanılarak yapılabilmektedir.

Metolazone molekülünün hesaplanan normal modlarına ait mod tanımlamaları; DFT metodunun B3LYP/6-31G(d) teori düzeyinde hesaplanmış olan geometri parametreleri ve FCART06 programından faydalanılarak elde elde edilen, B3LYP/6-31G(d) teori düzeyinde SQM FF metodunda hesaplanmış olan kuvvet sabiti parametrelerinden elde edilen potansiyel enerji dağılımları (PED) ile uyumlu olacak şekilde verilmiştir. Belirlenen en kararlı konformerlere ait titreşimsel kipler ve onlarla ilişkili olan dalgasayıları, kuvvet sabitleri, IR ve Raman şiddetleri, harmonik titreşici modeli çerçevesinde hesaplanmıştır. Elde edilen dimer yapıya ait mod tanımlamaları ise, yine DFT metodunun B3LYP/6-31G(d) teori düzeyinde hesaplanmış olan geometri parametreleri ve FCART06 programından faydalanılarak elde elde edilen, B3LYP/6-31G(d) teori düzeyinde SQM FF metodunda hesaplanmış olan kuvvet sabiti parametrelerinden elde edilen potansiyel enerji dağılımları (PED) ile uyumlu olacak şekilde verilmiştir. Molekülün dimer formuna ait titreşimsel kipler ve onlarla ilişkili olan dalgasayıları, kuvvet sabitleri, IR ve Raman şiddetleri de, harmonik titreşici modeli çerçevesinde hesaplanmıştır. Elde edilen iyileştirilmiş teorik titreşimsel spektral veriler yardımıyla, molekülün oda sıcaklığında kaydedilen deneysel IR ve Raman spektrumlarında gözlenen temel bandların doğru bir işaretlemesi gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
The aim of this master study is the determination of the structure and vibrational spectral properties of the metolazone molecule with the help of a variety of experimental and theoretical molecular spektorscopic methods. In order to determine the number of the possible stable conformers of the free molecule, a theoretical conformational search study which consists of a potential energy surface scan and successive geometry optimization and frequency calculations were performed using the B3LYP method, which is one of the hybrid type of methods based on the Density Functional Theory.
 
During the calculation, some dihedral angles were changed in each iteration by fixing all other coordinates of the molecule. Geometry optimization are respectively carried out at B3LYP/6-31G, B3LYP/6-31G(d), B3LYP/6-31++G(d,p) ve B3LYP/6-311++G(d,p) basis sets. Because of ignoring theoretical approximations and anharmonicity character of vibrations used in the spectral calculation, calculated wavenumbers are remarkably different from the corresponding experimental wavenumbers. Therefore, scaling is used in such calculations. This can be accomplished by using two different scaling procedures.

The mode descriptions of the calculated normal modes of metolazone were given with respect to the potential energy distributions (PEDs), which were obtained in SQM FF methodology from force constant parameters calculated at B3LYP/6-31G(d) level of theory by utilizing FCART06 program and from the geometrical parameters calculated at DFT method at B3LYP/6-31G(d) level of theory. Vibrational modes and wavenumbers associated with them, force constants, IR intensities, Raman activities which related to the most stable conformer determinated, were calculated using the harmonic oscillator model at the same level of theory. The mode descriptions of the obtained dimer structure were given with respect to the potential energy distributions (PEDs), which were obtained in SQM FF methodology from force constant parameters calculated at B3LYP/6-31G(d) level of theory by utilizing FCART06 program and from the geometrical parameters calculated at B3LYP/6-31G(d) level of theory. Besides this, vibrational modes and wavenumbers associated with them, force constants, IR intensities, Raman activities were calculated using the harmonic oscillator model at the same level of theory for dimer structure. With the help of the obtained improved theoretical vibrational spectral data, a correct assignment of the fundamental bands observed in the room temperature experimental IR and Raman spectra of the molecule was achieved.