同步辐射条件下乙醇分子及其团簇的光电离解离动力学研究

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近年来,氢键团簇的研究得到了飞速的发展,特别是针对有机小分子的研究对于深刻理解凝聚态化学反应具有很重要的意义。另外氢键团簇的研究是研究团簇科学中的一个重要方向,通过对氢键团簇的深入研究,可以逐步加深在原子分子水平上对微溶剂化作用、能量转移和离子-分子反应等的认识。其中对通过氢键,范德华力而形成的分子团簇的研究具有十分重要的地位,这是因为氢键,范德华力不仅存在于一些重要的溶剂中,而且在生物体系中大量存在,它在很大程度上影响着物质的各种物理和化学性质。主要内容如下:  (1)在酶催化和金属催化反应中甲基迁移已为人所熟知,然而在光诱导的非金属有机分子中甲基迁移受到的关注却较少。因此,利用同步辐射光电离质谱结合理论计算研究了乙醇二聚体光电离和光解离。除了质子化团簇离子(C2H5OH)·H+(m/z=47)和β-碳-碳键断裂的产物CH2O·(C2H5OH)H+(m/z=77)之外,在12.1和15.0 eV光子能量下,一个新的碎片离子(C2H5OH)·(CH3)+(m/z=61)出现了。在12-15 eV光子能量下,中性乙醇二聚体首先被垂直电离到较高离子态,形成碳正离子-分子络合物。然后,碳正离子-分子络合物发生Wagner-Meerwein重排反应并解离生成这一新碎片离子。在理论计算的帮助下,在生成新碎片离子的解离通道中需要克服一些势垒,包括转动势垒,分子内和分子间的甲基迁移势垒。使用光电离效率曲线,可以测量出新碎片离子的出现势是11.55±0.05 eV。当碎片离子m/z=61信号强度开始增加时,在约11.55 eV光子能量下,碎片离子m/z=47和77增加曲线变缓。这些结果表明有新的解离通道开启,并且这一解离通道也在消耗乙醇二聚体离子。该研究给予了在12-15 eV光子能量范围内,乙醇二聚体光电离-光解离过程清晰的图像。  (2)飞行时间质谱是研究有机小分子的有效方法,10.5 eV的光子能量可以“软电离”大多数有机生物小分子。利用118 nm(10.5 eV)单光子电离-反射式飞行时间质谱仪进行了四氢糠醇,吗啡啉,二碳糖及三碳糖等分子及其团簇的质谱探测。研究表明:热解析尽管可以使一些分子气化,但对于一些沸点高的分子来讲,缓慢的加热过程使得母体分子在脉冲阀前发生热分解。热分解产生的自由基在管内或膨胀中相互反应,使得质谱峰的归属变得复杂,同时也不利于理论分析的开展。除此之外,对于含氧环状结构分子,我们发现其水合团簇并未质子化,这一点不同于水,乙醇,乙酸等有机分子的光电离-光解离产物。同时,对于二碳糖和三碳糖的研究,也发现一些有意思的结果。这些将十分有助于利用红外-真空紫外光谱法展开相关体系分子结构,弱相互作用,分子反应,电荷和能量转移的相关研究。
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