일반화학실험_IR

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2로 나타났다. 따라서 두 값 사이에는 실험적 오차가 작지 않았다. 이러한 오차는 IR spectrum의 wavenumber를 분석할 때에 각 peak간의 거리를 평균내지 않고, 이웃한 한 쌍만을 선택하여 계산한 것이 가장 큰 영향을 미쳤으리라 판단된다. 뿐만 아니라 hyperchem 8.0 자체의 실험적 오차도 존재하므로, 이러한 요인들이 복합적으로 작용하여 오차가 발생하였다.
Experiment 2. Chloroform
Chloroform (CHCl3)
(ⅰ) C-H 간
(1) Bond Length : 1.1115 A
(2) Bond Order : 0.9644
(ⅱ) C-Cl 간 (Cl 세 분자 모두 동일 - 대칭 구조)
(1) Bond Length : 1.7527 A
(2) Bond Order : 0.9816
θCl-C-Cl = 108.542°
* Geometry Optimization
Semi-empirical>> PM3>> Polak-Ribiere (Conjugate gradient)
Chloroform은 한 개의 탄소 원자가 수소 원자 1개, 염소 원자 3개와 결합하고 있으므로 대칭 회전자에 해당한다. Chloroform과 같은 형태 대칭 회전자의 경우에는 회전 관성이 총 두 종류 존재한다. (H에 대한 회전 관성 및 Cl에 대한 회전 관성)
따라서 위의 식에 각 값을 대입하여 회전 관성을 구한다.
m1(Cl)=5.897*10-26kg, m2(H)=1.674*10-27kg, m3(C)=1.993*10-26kg
m=1.985*10-25kg, R(C-H)=1.1115 A, R'(C-Cl)=1.7527 A, θ=108.542°
1.920*10-45kg m2
9.602*10-46 + 2.886*10-47 + 3.260*10-19 + 3.955*10-36 = 3.26*10-19kg m2
이렇듯 Hyperchem 8.0을 통해서 계산한 회전 관성의 값은, 실제 IR spectrum으로 분석한 결과 얻은 값인 3.03×10-48 kg m2와 어느 정도 차이가 있다. 이러한 오차는 마찬가지로 IR spectrum을 분석할 때에 peak의 선택에 그 원인이 가장 크게 있다고 판단된다.
(2) IR spectrum의 비교
IR spectrum - Hyperchem 8.0
측정 IR spectrum
Wavenumber(λ-1) [cm-1]
Intensity
Wavenumber(λ-1) [cm-1]
1146.08
15.844
1403.36 / 1218.78
661.68
35.356
776.98 / 774.29 / 771.94 / 770.43
636.41
3.917
우선 위의 회전 관성을 구할 때 사용한 method인 Semi-empirical>> Polak-Ribiere (Conjugate gradient)로 geometry optimization을 하고 IR spectrum을 구했더니 위와 같았다. 각 range 내에서 peak의 수 및 그 구체적인 값에 있어서는 차이가 있지만, 어느 정도 그 값의 범위가 대체적으로 일치함을 확인할 수 있었다. 또한 동일한 실험 과정을 다양한 geometry optimization method를 이용해서 계산해 보았다.
IR spectrum - Hyperchem 8.0 - Wavenumber(λ-1) [cm-1]
Molecular Mechanics - MM+
Molecular Mechanics - AMBER
Steepest Descent
Fletcher-Reeves
Polak-Ribiere
Block-diagonal Newton-Raphson
Steepest Descent
Fletcher-Reeves
Polak-Ribiere
2164.28
5558.73
1611.78
2532.94
1096.91
560.17
472.48
IR spectrum - Hyperchem 8.0 - Wavenumber(λ-1) [cm-1]
Molecular Mechanics - BIO+[CHARMM]
Molecular Mechanics - OPLS
Steepest Descent
Fletcher-Reeves
Polak-Ribiere
Steepest Descent
Fletcher-Reeves
Polak-Ribiere
5302.45
5487.15
2586.66
2620.94
1845.96
1856.50
IR spectrum - Hyperchem 8.0 - Wavenumber(λ-1) [cm-1]
Semi-Empirical - CMDO
Semi-Empirical - MNDO
Steepest Descent
Fletcher-Reeves
Polak-Ribiere
Eigenvector following
Steepest Descent
Fletcher-Reeves
Polak-Ribiere
1528.67
1197.61
1026.84
980.36
388.41
753.62
249.24
Molecular Mechanics의 경우에는 총 4개의 method 모두 계산했으나, Semi-empirical의 경우에는 method의 수가 많은 관계로 이 중 CMDO, MNDO, PM3만 선택하여 계산해 보았다. (PM3의 경우에는 앞에서 이미 서술하였음) 실제 측정하였던 IR spectrum과 비교해 볼 때, Molecular Mechanics에 비해서 semi-empirical의 경우에 spectrum의 일치성이 더 높았다. 하지만 Ab-Initio 등의 setup을 이용할 경우에는 error가 발생하였기 때문에 더 이상의 계산은 할 수 없었다.
Ⅳ. References
1. 일반화학실험1 2010 2학기 2분반 PL 예비보고서 공지 / 김병호, 김지호, 정희수
2. Principles of Modern Chemistry(6th Edition) Oxtoby/Gills/Campion 20.2장
3. http://blog.naver.com/ziziziwhdk?Redirect=Log&logNo=60092061579
4.
http://blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=oksinoma&logNo=10008254184&redirect=Dlog&widgetTypeCall=true

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