Hochauflösende Fourier-Transform-Infrarot-Spektroskopie an Molekularstrahlen von Ketten- und Ringmolekülen : Die Rotations-Schwingungsspektren des Cyanofulminats (NCCNO), des Oxetans (C₃H₆O) und des Kohlensuboxides (OC₅O) im mittleren Infrarot

Zusammenfassung

Gegenstand der vorliegenden Arbeit war die Charakterisierung des semi-stabilen Kettenmoleküls Cyanofulminat (NCCNO), der Ringverbindung Oxetan (C₃H₆O) sowie des instabilen Kohlensuboxides 1,2,3,4-Pentatetraen-1,5-dion (OC₅O) durch hochauflösende FTIR-Spektroskopie im mittleren Infrarot. Hierfür wurden sowohl spektroskopische Messungen an Molekularstrahlen dieser Verbindungen durchgeführt als auch Messungen an diesen Substanzen in einer konventionellen Absorptionszelle. Die vorliegende Arbeit gliedert sich in vier Abschnitte:

1. Bau und Erprobung einer Mehrfachreflexionsoptik aus zwei sphärischen Spiegeln:

Ein wesentlicher Bestandteil dieser Arbeit war die Entwicklung und der Bau einer für die FTIR-Spektroskopie an Molekularstrahlen neuartigen Mehrfachreflexionsoptik. Es wurde ein System aus zwei sphärischen Spiegeln konstruiert, das an die bereits bestehende Molekularstrahlanlage adaptiert wurde. In zahlreichen Testmessungen konnte die Leistungsfähigkeit der Optik unter Beweis gestellt werden. Es gelang, die Nachweisempfindlichkeit des System um etwas mehr als eine ganze Größenordnung zu verbessern ohne gravierende Transmissionsverluste in Kauf nehmen zu müssen.

2. Spektroskopische Untersuchungen an Cyanofulminat (NCCNO):

Die FTIR-Messungen an einem freien NCCNO-Argon-Molekularstrahlen, von dem eine NCCNO-Rotationstemperatur von rund 7 K bestimmt werden konnte, erlaubte die erstmalige spektroskopische Analyse der CN ([ny]₁)-, NC ([ny]₂)- und NO ([ny]₃)-Streckschwingungs-Fundamentalbanden. Anhand diesen Zuordnungen konnte weitere Bandensysteme dieser Streckschwingungen in den bei Raumtemperatur gemessenen Absorptionsspektren identifiziert werden. Die Analyse der zugeordneten Rotations-Vibrations-Übergänge zeigte, daß sämtliche Vibrationszustände resonanzbedingte Störungen aufweisen. Insgesamt konnten vier Fermi-Typ-Resonanzpaare identifiziert werden und explizite spektroskopische Konstanten für ein Resonanzpaar angepaßt werden. Weiterhin konnte qualtiativ der Einfluß dieser Streckschwingungen auf das effektive Potential der niedrigstliegenden CCN-Knickschwingung ([ny]₇) aufgezeigt werden.

3. Spektroskopische Untersuchungen am Oxetan (C3H6O):

Des weiteren wurde der rund 50 K kalte Molekularstrahl einer reinen Oxetan-Expansion mittels hochauflösender FTIR-Spektroskopie zwischen 2750 cm^-1 und 3150 cm^-1 untersucht. Sämtliche CH-Streckschwingungsbanden in diesem spektralen Bereich konnten fast vollständig rotationsmäßig aufgelöst werden und eindeutig zugeordnet werden. Neben der Bestimmung der Zentren der unterschiedlichen Banden konnte eine c-Typ-Bande, dabei handelt es sich um einen Übergang vom Grundzustand in den Kombinationszustand aus einer [alpha]-CH-Streckschwingung ([ny]₈) mit A₁-Symmetrie und der Ring-Puckering-Schwingung ([ny]₁₅), explizit analysiert werden. Für diese Bande wurden spektroskopische Konstanten des in A-Reduktion verwendeten Hamiltonians angepaßt und der Einfluß der Streckschwingung [ny]₈ auf die Rotationskonstanten C und B beschrieben.

4. Spektroskopische Untersuchungen am 1,2,3,4-Pentatetraen-1,5-dion (OC₅O):

Durch Anwendung der FTIR-Spektroskopie an Molekularstrahlen des instabilen OC₅O gelang es erstmals, das Bandensystem der Streckschwingung [ny]₄ vollständig aufzulösen und spektroskopsiche Konstanten für die Fundamentalbande zu bestimmen. Neben der Streckschwingung [ny]₄ konnte ebenso die schwächere Fundamentalbande der Streckschwingung [ny]₅ zugeordnet werden. Hot bands dieser Streckschwingungen in Kombination mit einer der niedrigliegenden Knickschwingungen konnten jedoch nicht nachgewiesen werden.