Yoğunluk fonksiyonel teorisi (DFT) ile bazı ftalosiyanin türevlerinin titreşim spektrumlarının incelenmesi ve uçucu organik bileşiklerle (UOB) etkileşiminin aydınlatılması

Abstract

Ftalosiyanin ve türevleri sahip oldukları aromatik ve yüksek simetrili yapılarından dolayı çok kararlı moleküllerdir. Bu kararlı yapılarından dolayı da ftalosiyaninler gaz sensörlerinde algılayıcı film olarak kullanılmaktadırlar. Bu moleküllerin aromatik halkalarındaki yoğun elektron bulutu, onların algılanacak olan moleküller ile kuvvetli bir dipolar çekim kuvvetleri ile etkileşmelerine yol açar. Analit molekülleri bu çekim kuvvetleri ile sensör tabakası yüzeyine adsorbe olurlar.Ftalosiyanin molekülünün üç farklı kompleksi ile farklı fizikokimyasal özelliklere sahip altı uçucu organik bileşik (UOB) farklı bölgelerden etkileştirmiştir. Bu etkileşimler kuantum kimyasal hesaplama metotlarıyla incelenip adsorpsiyon mekanizmaları aydınlatılmaya çalışılmıştır.Bu amaç doğrultusunda önce ftalosiyanin moleküllerinin ve UOB'lerin geometrik optimizasyonu DFT metodu yapılmış ve en düşük enerjili halleri elde edilmiştir. Optimize olmuş yapıların bağ açıları ve bağ uzunlukları x-ray sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Daha sonra optimize olmuş ftalosiyaninlerin titreşim spektrumları hesaplanarak deneysel FT-IR verileri ile karşılaştırılmıştır. UOB'ler ftalosiyaninler üzerinden seçilen yedi farklı bölgeden aynı konumda ve mesafede etkileştirilerek, bağlanma enerjisi ve dipol moment değişimleri hesaplanmıştır.Bu verileri desteklemek için hesaplanan etkileşimler laboratuvar ortamında gerçekleştirilerek etkileşim anında FT-IR spektrumları alınmıştır ve ftalosiyanin moleküllerinin karakteristik piklerindeki değişimler belirlenmiştir.Bu hesaplamalardan elde edilen veriler ve spektral veriler karşılaştırılarak algılamanın hangi bölgeden veya bölgelerden olduğu tespit edilmeye çalışılmıştır.

Phthalocyanines have aromatic and high symmetric structure, chemical inert and thermal stability. Because of these properties of phthalocyanines, they can be used as sensitive material on the gas sensors. There are powerful dipol-dipol interactions between Pc and VOCs because of intense electron cloud in the aromatic ring of Pc molecules. Thus VOC molecules can be adsorbed on the Pc film.Six VOCs which owned different physical properties were interacted with three Pc complexes. These interactions were calculated with quantum chemical methods and endeavored to illuminate absorption mechanism.For this purpose, there are performed geometric optimizations with DFT method for obtain the minimum-energy structures of Pc and VOC molecules. Bond lengths and bond angles which obtained from geometric optimization result were compared with experimental x-ray data in literature.VOC molecules were interacted on seven different regions of Pc molecules. Single point energy, binding energy, dipole moment change values were calculated.FT-IR spectra of the Pc-VOC interactions that performed under laboratory conditions were obtained on ATR crystal. Then, changing on the characteristic absorption frequencies of phthalocyanines were analyzed. Theoretical and experimental data were compared with each other for finding sensing area or areas.