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Spectroscopy of molecular ions using the one-photon mass-analyzed threshold ionization technique : from heteroaromatic to biological molecular systems = 이종방향족 및 생체 분자계의 단광자 질량분석 문턱 이온화 기술을 이용한 이온 분광학
서명 / 저자 Spectroscopy of molecular ions using the one-photon mass-analyzed threshold ionization technique : from heteroaromatic to biological molecular systems = 이종방향족 및 생체 분자계의 단광자 질량분석 문턱 이온화 기술을 이용한 이온 분광학 / Kyo-Won Choi.
저자명 Choi, Kyo-Won ; 최교원
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2007].
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초록정보

생물과 화학적 중요성을 지니는 유기화합물, 유기금속화합물 및 생화합물의 분자 시스템에 대한 고분해능 이온화분광학을 연구하였다. 이러한 연구는 분자시스템의 매우 정교한 이온화 에너지의 측정을 가능하게 하고 또한 이온이 되었을 때의 분자 구조 변화에 대한 정량적 관찰이 가능하여 중성분자의 오비탈내 전자가 분자구조 및 에너지에 미치는 영향을 알 수 있게 하였다. 다음은 본 논문이 다룬 주제들의 자세한 요약에 해당된다. 펄스화된 전기장에 의해 이온화 되는 bis($η^6$-benzene)chromium의 high n Rydberg 상태 (n = 50- 200) 에 대해서 연구하였다. Bis($η^6$-benzene)chromium 은 전기장의 상태에 따라 두 가지 이온화 채널이 존재하는데, 이는 bis($η^6$-benzene)chromium 은 비결합 d 궤도에서 전자가 들뜨기 때문에 선택 규칙(Δl = ± 1)에 의해 Rydberg 상태의 p- 와 f- 의 궤도를 통해 이온화되기 때문이다. 동일한 실험 방법으로 bis($η^6$-benzene)chromium의 정확한 이온화 에너지를 44 090 ± 3 $cm^{-1}$ 로 결정하였으며, bis($η^6$-benzene)chromium의 이온상태에서의 여러 가지 진동모드들을 DFT(density functional theory) 계산 결과와 비교하여 나타내었다. 이 연구를 통해 고분해능의 이온화분광학 기술을 확보할 수 있었으며, 금속과 리간드 사이의 결합에 대한 이해를 할 수 있었다. Bis($η^6$-benzene)chromium은 초음속 팽창 분출 시 주변의 다른 성분들과 클러스터를 잘 형성한다는 것을 확인하였다. 특히 아르곤이나 벤젠들과 결합하여 안정한 반데르발스 결합 화합물을 형성한다. 이를 질량분석 문턱이온화 방법을 이용하여 그들의 이온 상태에 대해 연구하였다. Bis($η^6$-benzene)chromium-$Ar_n$ 화합물은 이온이 되었을 때 구조적인 변화가 크지 않고 n = 6 까지 결합되었을 때 안정한 화합물을 형성한다는 것을 확인하였다. 또한 bis($η^6$-benzene)chromium-$Ar_1$ 과 bis($η^6$-benzene)chromium-$Ar_2$ 화합물의 이온화 에너지를 각각 5.4479 eV 와 5.4300 eV로 결정하였다. Bis($η^6$-benzene)chromium-benzene 화합물은 이온화되면서 bis($η^6$-benzene)chromium과 벤젠 사이의 거리가 변하는 구조적인 변화를 동반하는데 이에 따라 bis($η^6$-benzene)chromium과 벤젠 사이의 진동모드가 활성화되어 진동스펙트럼으로 확인되었으며, bis($η^6$-benzene)chromium-benzene 화합물의 이온화 에너지를 5.2790 eV로 결정하였다. Bis($η^6$-benzene)chromium-benzene의 반데르발스 결합 화합물을 연구하면서 화합물의 안정화 에너지와 분자 사이의 이온상태에서의 결합형태를 이해할 수 있었다. 진공자외선을 이용한 단광자 질량분석 문턱이온화 방법으로 피리다진의 이온상태에 대해서 연구하였다. 피리다진은 중성 상태에서 $C_{2v}$ 대칭성을 가지는데 이분자의 전자가 들뜨게 되면 대칭성이 깨지게 되어 들뜬 상태에서 대칭성이 깨지는 진동 모드만이 활성화된다. 하지만 전자가 떨어져 이온 상태가 되면 남은 전자들이 분자 전체로 퍼져 대칭성을 그대로 유지하게 하게 되어 대칭성을 잃지 않는 진동 모드들이 활성화된다. 하지만 전자가 떨어져 나감으로 인해 분자 내의 구조적인 변화가 초래되어 중성 바닥상태와 이온 바닥상태의 Franck-Condon 겹침이 많이 틀어진다는 것을 실험적으로 확인하였다. 이를 ab-initio 계산법을 기반으로 한 Franck-Condon 분석법을 도입하여 규명할 수 있었다. 이 연구로 피리다진의 이온화 에너지는 8.7088 eV로 확인하였으며, 같은 분자라 할지라도 분자 내 전자의 분포와 상태에 따라 들뜬 상태와 이온 상태에서의 분자 구조가 크게 다를 수 있다는 것을 확인하였다. 증기압이 낮은 생화학 분자들을 증가화할 수 있는 가열 시스템을 도입하여 진공자외선에 의해 단광자로 이온화되는 티민과 우라실의 이온화 에너지와 이온 상태의 진동 구조를 최초로 규명하였다. 티민과 우라실의 이온화 에너지는 각각 8.9178 eV 와 9.3411 eV 로 구할 수 있었고, 이온 되었을 때 약간의 구조적인 변화를 수반하는 고리구조가 움직이는 진동모드들이 활성화 된다는 것을 DFT 계산 결과와 함께 확인할 수 있었다. 특히, 티민의 경우는 우라실의 경우와 달리 고리에 붙은 메틸기($CH_3$)의 비틀림 진동모드를 고분해능의 실험 방법을 통해 구별할 수 있었다. 각각 DNA와 RNA 염기의 근간을 이루는 이 두 분자의 이온 구조를 연구함으로써 DNA와 RNA의 전자 전이 등에 대한 이해와 생체 내에서 일어나는 광화학적 반응들에 대한 연구에 도움이 되리라 예상된다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {DCH 07013
형태사항 xii, 100 p. : 삽도 ; 26 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 최교원
지도교수의 영문표기 : Sang-Kyu Kim
지도교수의 한글표기 : 김상규
수록잡지명 : "Ionization spectroscopy of a DNA Base: vacuum-ultraviolet mass-analyzed threshold ionization spectroscopy of jet-cooled thymine". J. am. chem. soc. (communications), 127, 15674-15675(2005)
수록잡지명 : "Pulsed-field ionization spectroscopy of high rydberg states (n = 50-200) of bis(η6-benzene)chromium". J. chem. phys., 126, 034308(2007)
학위논문 학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 화학과,
서지주기 Includes References.
주제 ionization spectroscopy, oganometallic complex, biological molecule, heteroaromatic
이온분광학, 유기금속화합물, 생분자, 이종방향족
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