Инфракрасные спектры молекул 5-фторурацила, изолированных в инертных матрицах Ar, и их пленок на оксиде графена при 6 К

Abstract

В инфракрасном диапазоне 3800–200 см⁻¹ получены ИК фурье-спектры молекул 5-фторурацила (5FU), изолированных в низкотемпературных (Т = 6 К) аргоновых матрицах. Впервые были зарегистрированы ИК фурье-спектры пленок оксида графена (GO) на медном зеркале при температуре 6 К и спектры пленок 5FU, выращенных на пленках GO. Выполнены оценки заселенности таутомеров 5FU с помощью квантово- механических методов DFT/B3LYP и MP2, расчеты колебательных спектров методом DFT/B3LYP с базисом 6-311++G(df, pd) и коррекция расчетных частот полиномом третьего порядка. Установлено, что заселенность минорных таутомеров 5FU при температуре испарения 375 К не превышает 0,1%. В спектральном диапазоне 1900–500 см⁻¹ зарегистрированы десять комбинационных мод 5FU, усиленных резонансом Ферми. В области фундаментальных колебаний νCO обнаружен тройной резонанс Ферми. Продемонстрировано, что низкие температуры оказывают незначительное влияние на спектральные характеристики пленок GO. Кроме того, многократное термоциклирование между 6 и 295 К не нарушает целостности пленок GO и их тепловой кон- такт с медным зеркалом. Выполнено сравнение ИК фурье-спектров 5FU матричных и пленочных образцов, выращенных на различных подложках. Зарегистрировано усиление полос поглощения тонкослойных пленок 5FU, выращенных на GO, по сравнению с выращенными на Cu подложке. Установлено, что при отжиге пленки 5FU на пленке GO происходят изменения в инфракрасном спектре. Обсуждается связь этих спектральных изменений с полиморфизмом кристаллической структуры пленок 5FU.

В інфрачервоному діапазоні 3800–200 см⁻¹ отримані ІЧ фур’є-спектри молекул 5-фторурацилу (5FU) ізольованих у низькотемпературних (Т = 6 К) аргонових матрицях. Вперше були зареєстровані ІЧ фур’є-спектри плівок оксиду графену (GO) на мідному дзеркалі при температурі 6 К і спектри плівок 5FU, вирощених на плівках GO. Виконано оцінки заселеності таутомерів 5FU за допомогою квантово-механічних методів DFT/B3LYP і MP2, розрахунки коливальних спектрів методом DFT/B3LYP з базисом 6-311++G (df, pd) і корекція розрахункових частот поліномом третього порядку. Встановлено, що заселеність мінорних таутомерів 5FU при температурі випаровування 375 К не перевищує 0,1%. В спектральному діапазоні 1900–500 см⁻¹ зареєстровані десять комбінаційних мод 5FU, посилених резонансом Фермі. В області фундаментальних коливань νCO виявлено потрійний резонанс Фермі. Продемонстровано, що низькі температури мають незначний вплив на спектральні характеристики плівок GO. Крім того, багаторазове термоциклювання між 6 і 295 К не порушує цілісності плівок GO та їх тепловий контакт з мідним дзеркалом. Виконано порівняння ІЧ фур’є-спектрів 5FU матричних і плівкових зразків, вирощених на різних підкладках. Зареєстровано посилення смуг поглинання тонкошарових плівок 5FU, вирощених на GO, в порівнянні з вирощеними на Cu підкладці. Встановлено, що при відпалі плівки 5FU на плівці GO відбуваються зміни в інфрачервоному спектрі. Обговорюється зв'язок цих спектральних змін з поліморфізмом кристалічної структури плівок 5FU.

The FTIR spectra of 5-fluorouracil (5FU) molecules isolated in low-temperature (T = 6 K) argon matrices were observed in the infrared range of 3800–200 cm⁻¹. The FTIR spectra of graphene oxide (GO) films on a copper mirror at a temperature of 6 K and the spectra of 5FU films grown on GO films were recorded for the first time. Estimates of the 5FU tautomer population using quantum-mechanical methods DFT/B3LYP and MP2, and calculations of the 5FU vibrational spectra using the DFT/B3LYP/6-311++G(df,pd) method with a correction to the calculated frequencies by a third-order polynomial were performed. It is found that the population of the minor 5FU tautomers at an evaporation temperature of 375 K does not exceed 0.1%. In the spectral range of 1900–500 cm⁻¹ ten 5FU combination modes are registered, which are amplified by the Fermi resonance. In the region of fundamental vibrations νCO, triple Fermi resonance is observed. It is demonstrated that low temperatures have little effect on the spectral characteristics of GO films. Furthermore, multiple thermal cycling between 6 and 295 K does not violate the integrity of the GO films and their thermal contact with the copper mirror. The FTIR spectra of 5FU matrix and film samples grown on different substrates are compared. A gain in the absorption band of thin-film 5FU grown on GO, in comparison to samples grown on a Cu substrate, is recorded. It is established that the infrared spectrum changes when the 5FU deposited on GO film is annealed. The relationship between these spectral changes and the polymorphism of the 5FU crystal structure is discussed.