二氯甲烷分子构型和特征光谱的研究

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1、二氯甲烷分子构型和特征光谱的研究摘要：近年来，大气臭氧层的破坏已经引起人类的关注，含氯化合物由于可以分解出游离态的氯原子，是破坏臭氧的元凶之一。二氯甲烷是一种重要的含氯化合物，它在生产和生活中使用广泛。文章采用第一性原理密度泛函理论（DFT）方法，在B3LYP/6-311G++（d，p）基组水平上对二氯甲烷分子的构型和特征光谱进行了计算，得到了二氯甲烷分子的键角、键长、角等分子构型参数，并得到了二氯甲烷的红外光谱、拉曼光谱和电子光谱等特征光谱。关键词：二氯甲烷；拉曼光谱；红外光谱；电子光谱1概述在地球大气

2、中，臭氧层能吸收大部分波长短的射线（如紫外线），使大气温度升高，并使地球上的生物免受过多紫外线的伤害，因此被称为“地球上生物的保护伞”。但含氯化合物在电离层发生解离释放出氯原子，氯原子再进一步跟臭氧发生反应，从而使得臭氧分子遭到破坏，已经成为人类关注的重要环境问题之一。二氯甲烷用途广泛，在胶片生产、医药领域、化工行业、工业制冷等方面都被广泛使用，它对臭氧的破坏不容忽视。然而目前国内外对二氯甲烷分子构型和红外光谱、拉曼光谱以及电子光谱的第一性原理计算尚未见报道。文章利用第一性原理理论研究了二氯甲烷的分子构型

3、、红外光谱等，可以为二氯甲烷的进一步研究提供一定的参考数据。2理论计算利用密度泛函理论方法，在B3LYP/6-311G++(d，p)水平基组上对二氯甲烷分子进行了分子结构的优化，并在该水平上计算了红外光谱和拉曼光谱计算，结果表明频率分析均无虚频，说明分子构型稳定。同时在优化好的构型基础上，采用TD-B3LYP/6-311G++(d，p)基组计算了二氯甲烷分子的激发态和对应的电子光谱，全部计算通过Gaussian09程序来完成。3计算结果与讨论3.1分子几何构型通过Gaussian09程序的计算，我们得到了

4、二氯甲垸分子的稳定构型，如图1(a)所示。二氯甲烷分子由1个碳原子2个氢原子和2个氯原子组成。优化后的具体结构参数包括了键长、键角以及二面角等信息。R12,R13,R14和R15的键长分别为1.08,1.08,1.79和1.79；A(2.1.4),A(2.1.3),A(3.1.4)和A(4.1.5)的键角分别为107.92112.02°,107.92°和113.22°；D(2.1.3.5)，D(2.4.1.3)和D(4.2.1.5)的二面角分别是121.24°，-118.65°和122.69°。通过以上数

5、据，我们知道二氯甲烷分子中碳氢键的键长大概为1.08，碳氯键的键长大概为1.79。如果键长越长，键能就会越小，分子键就越容易断裂，故越不稳定。这也说明在二氯甲浣的解离过程中原子态的氯自由基更容易被解离，造成对大气臭氧的破坏。3.2红外光谱我们通过计算得到各个频率对应的红外光谱强度分别为:282.25cm-l对应的强度为0.4161;698.98cm_l对应的强度为13.6566；718.llcm-1对应的强度为171.26；901.61cm-l对应的强度为1.8912；1302.22cm_l对应的强度为5

6、5.5288;3121.68cm-l对应的强度为8.6298;3200.32cm-1对应的强度为0.0296；1457.29Hz和1178.33Hz对应的强度都为0,如图1(a)所示。从计算结果可知，分子谱线在三个区间比较明显，最明显的峰值出现在频率700cm-l附近，强度最大达到170；其次是频率在1300cm_l附近强度为55左右；在频率3100cm-l附近也有一个不太强的峰值为8左右；其他频率范围红外光谱不明显，甚至根本没有。3.3拉曼光谱通过Gaussian09程序的计算，我们还得到了分子振动频率

7、和振动对应拉曼光谱的强度，如图1(b)所示，分别如下:282.25cm-l对应的强度为6.3223；698.98cm-1对应的强度为15.9647；718.llcm-1对应的强度为4.3982;901.61cm-l对应的强度为1.7829；1178.33cm-1对应的强度为10.2209；1302.22cm-1对应的强度为5.8403；1457.29cm-1对应的强度为10.4591；3121.68cm-1对应的强度为97.5086；3200.32cm-1对应的强度为57.5254。由上述数据可知，分子强

8、度最大的峰值对应的频率是在3200cm-l附近，频率为3121.68cm-l对应的强度次之，其他频率对应的强度与它们相比都比较小。3.4电子光谱为了进一步研究，我们还对二氯甲烷的电子光谱进行了计算，得到了一系列的电子激发态数据并画出了对应的电子光谱图，如图1(c)。前十个激发态的情况分别是：第一激发态的波长为191.23nm，谐振强度f为0;第二激发态的波长为183.5nm，谐振强度f为0.0195;第三激发态的波长为176.