Bazı organik moleküllerin spektroskopik analizlerinin yoğunluk fonksiyon teorisi kullanılarak yapılması
Spectroscopic investigaion of some organic molecules by using density functional theory
Yazar: ETEM KÖSE
Danışman: PROF. DR. AHMET ATAÇ ; DOÇ. DR. MEHMET KARABACAK
Celal Bayar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Atom ve Molekül Fiziği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Manyetik rezonans spektroskopi = Magnetic resonance spectroscopy ; Spektrum analizi-raman = Spectrum analysis-raman ; Yoğunluk fonksiyonu teorisi = Density function theory ; İnfrared spektrumları =

Özet:
En önemli aromatik aminlerden olan anilin, benzen molekülündeki bir hidrojen atomunun yerine amin grubu (NH2) almasıyla oluşur. Bu çalışma, 2,3-, 2,4-, 2,5-, ve 3,4-difloranilin molekülleri (2,3-, 2,4-, 2,5- ve 3,4-DFA) için deneysel ve teorik inceleme içerir. Deneysel sonuçlar Fourier transform infrared ve Raman (FT-IR ve FT-Raman), 1H ve 13C nükleer manyetik rezonans (NMR), ultraviyole (UV–vis) spektral teknikleri ile elde edildi. Bu sonuçlar teorik olarak yoğunluk fonksiyon teorisi (DFT) hesapları ile desteklendi. Moleküllerin titreşim spektrumları (FT-IR ve FT-Raman), sırasıyla 4000–400 cm–1 ve 3500–10 cm–1, bölgelerinde kaydedildi. 1H ve 13C NMR kimyasal kayma değerleri kloroform (CDCl3) çözücüsü içerisinde elde edildi. UV-Vis elektronik soğurma spektrumları 190–800 nm aralığında etanol ve su çözücüleri içerisinde oda sıcaklığında kaydedildi. Tüm moleküllerin geometrik yapı ve titreşim spektrumlarına ilişkin hesaplamaları DFT/B3LYP metodu ve 6-311++G(d,p) temel seti kullanılarak yapıldı. Temel titreşimsel işaretlemeler potansiyel enerji dağılımına göre (PED) VEDA 4 (Vibrational Energy Distribution Analysis) programı kullanılarak yapıldı. NMR kimyasal kayma değerleri (1H ve 13C) gauge-invariant atomic orbital (GIAO) metodu kullanılarak teorik olarak elde edildi. Bunlara ilave olarak, uyarılma enerjileri, osilatör şiddetleri, uyarılma dalga boyları, sınır orbital enerjileri gibi elektronik özellikler, time-dependent density functional theory (TD-DFT) metodu ile hesaplandı. Moleküler elektrostatik potansiyel yüzeyleri (MEPs) ve durum yoğunluğu (DOS) diyagramları hazırlanıp değerlendirildi. Nonlineer optik özellikler (NLO) ve termodinamik özellikler de teorik olarak elde edildi. Hem deneysel hemde teorik tüm sonuçlar çalıştığımız moleküllere ait detaylı yapı analizi ve fizikokimyasal özelliklerin tanımlanmasına yardımcı oldu. Ayrıca, bu çalışma anilin türevlerinin yapısal ve spektroskopik özelliklerinin daha iyi anlaşılmasına katkı sağlar.

Abstract:
One of the most significant aromatic amines is aniline, a primary aromatic amine one hydrogen atom of a benzene molecule substituted with an amino group (NH2). This study contains an experimental and theoretical investigation of 2,3-, 2,4-, 2,5-, and 3,4-difluoroaniline molecules (2,3-, 2,4-, 2,5- and 3,4-DFA). The experimental results were obtained using fourier transform infrared and Raman (FT-IR and FT-Raman), 1H and 13C nuclear magnetic resonance (NMR), ultraviolet-visible (UV–vis) spectral thecniques. The results were supported theoretically by density functional theory (DFT) calculations. The vibrational (FT-IR and Raman) spectra of the molecules were recorded in the region 4000–400 cm–1 and 3500–10 cm–1, respectively. The 1H and 13C NMR chemical shift values of the molecules were obtained in choloroform (CDCl3) solution. The UV-Vis electronic absorption spectra of the molecules were recorded in ethanol and water in the range of 190–800 nm at the room temperature. The calculations related to geometric structures and vibrational spectra of the molecules were performed by DFT/B3LYP-6-311++G(d,p) basis set. Fundamental vibrational assigments were made on the basis of the potential energy distribution (PED) by using VEDA 4 (Vibrational Energy Distribution Analysis) program. The NMR chemical shift values (1H and 13C) were achieved theoretically by using the gauge-invariant atomic orbital (GIAO) method. Additionally, the electronic properties, such as excitation energies, oscillator strength, excitation wavelengths, frontier molecular orbitals energies were calculated by time-dependent density functional theory (TD-DFT) method. The molecular electrostatic potential surfaces (MEPs), and density of state (DOS) diagrams were prepared and evaluated. The nonlinear optical properties (NLO) and thermodynamic features were aslo carried out theoretically. All results, both experimental and theoretical, helped to detailed description of the structural and physicochemical properties of the studied molecules. In addition, this work contributes to a deep understanding of the structural and spectroscopic features of aniline derivatives.