对二卤甲烷系列(CH?X?,X = Cl, Br, 和 I)的微波(MW)光谱研究具有挑战性,因为很难分配出由两个等效卤素原子(自旋大于?)引起的广泛超精细分裂的光谱[1], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8], [9], [10], [11]。这些研究不仅提供了关于分子结构(键角和键长)的精确信息,还有助于更好地理解核四极耦合张量[1], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8], [9], [10], [11]。观察到自然界中丰富的氯和溴同位素,使得能够为对称物种(例如CH?3?Cl?和CH???Br?)和不对称物种(CH?3?Cl3?Cl和CH???Br?1Br)[1], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [11]分配光谱。Kisiel及其同事观察并分配了二碘甲烷(CH?I?)的光谱[9]。由于碘只有一个天然存在的同位素(12?I),因此也分配了CD?I?的光谱,以获得CH?I?的精确分子结构[9], [10]。尽管具有挑战性,但这些研究是理解由两个等效高自旋原子引起的复杂超精细分裂的关键。
图1所示的二氟二碘甲烷(CF?I?)是一种含碘的分子(ICM),属于二氟二卤甲烷系列(CF?X?),该系列还包括二氟二氯甲烷(CF?Cl?)和二氟二溴甲烷(CF?Br?)。CF?Cl?(Freon-12)是一种氯氟烃,曾用作制冷剂和气溶胶推进剂,而CF?Br?(Halon-1202)被归类为哈龙,并曾用于便携式灭火器。这两种化学物质由于蒙特利尔协议[12]的影响已逐步停止工业生产。由于对紫外线辐射的高敏感性以及随后形成的自由基(如CF?X(X = Cl, Br, 或 I),这些化学物质对臭氧层有害[13]。多个研究小组已经研究了CF?Cl?的MW光谱,最高达到260 GHz,从而能够精确确定其结构和核四极耦合常数[14], [15], [16], [17], [18]。CF?Br?的三种最丰富同位素体的MW光谱也已被报道[19]。除了溴的核四极超精细分裂(高达42 MHz)外,b型旋转跃迁还受到1?F自旋-自旋耦合的影响,分裂了11 kHz[19]。CF?I?的光谱分配完成了这一系列研究,并提供了关于氟化对Cl、Br和I原子电子环境及核四极耦合张量影响的见解。
之前尚未报道过CF?I?的旋转光谱。McAlpine等人分析了红外光谱300–4000 cm?1范围内的9个振动模式中的4个[20]。他们还观察到了A?的扭转模式ν?,这种模式在其他CF?X?物种的IR光谱中曾被描述为“理论上不活跃”的[21], [22]。Mack等人[23]报道了CF?I?的气相电子衍射结构,包括C-F、C-I、F•••F、I•••I的键长和原子间距离。Cao等人[24]使用超快电子衍射技术重新测量了CF?I?的结构参数,并得到了很好的吻合结果。二氟二碘甲烷及其衍生的自由基物种也是许多其他光谱实验的主题,包括基质分离、超快光解和多光子电离飞行时间技术[25], [26], [27], [28], [29], [30], [31]。本手稿描述了CF?I?复杂的纯旋转光谱,并利用拟合的核四极耦合常数来更好地理解碘原子的电子环境以及氟化效应。