2
SHORT COMMUNICATIONS 1075 Nous voudrions faire remarquer que l'hypoth@se sur la grande polarit@ est incompatible avec l'observation sur la longueur exceptionnellement courte de liaisons en question. En effet, rien qu'en utilisant la repr@sentation courante de la th6orie de la m@som@rie on peut voir ais@ment qu'une forte polarit@ des carbonyles et en particulier une forte accumulation des charges dlectro- niques sur leurs oxygbnes r@sulte dans les mol@cules conjug@es d'une grande importance des formules ioniques du type (IVb) qui, n@cessairement, repr@sentent la liaison carbonyle comme simple, done longue. Une liaison CO courte ne saurait 6tre tr@s polaire. O O- (a) (b) (iv) Cet @tat de choses est prdcis@ par l'examen de la distri- bution de charges @lectroniques et des indices de liaison mobile dans les compos6s interess@s. Prenons ~ titre d'exemple le cas de l'alloxane. Selon les rdsultats ex- p@rimentaux, le contact rapproch6 a lieu entre 0(6) et C(5). La distribution de charges 61ectroniques dans cette mol@cule, @valude par la m6thode des orbitales mold- culaires (Pullman & Pullman, 1963) est reprdsentde par la Fig. 1. On constate que les groupes carbonyles engagds dans ce contact ne sont nullement les groupes les plus polaires de la mol6cule. Leur polarit6 est plus faible que celle du groupe C(2)-O(2). I1 enest ainsi essentiellement en ce qui concerne la charge n@gative nette de l'oxyg6ne. La charge positive nette du C(5) est effectivement plus 61ev6e que celle des autres groupes carbonyles de la mol@cule. En revanche, les liaisons carbonyles impliqudes dans le contact rapproch6 ont un indice de liaison mobile particuli6rement dlevd (Fig. 2). En fair cet indice ddcroit tout ~ fait parall@lement k l'@longation des diff6rentes liaisons carbonyles de l'alloxane. -0.252 O I }+0.242 HN(~ /JNH ~ 0.239 +0.234 O --0.451 Fig. 1. Charges glectroniques nettes dans l'alloxane. 0 0 ]0.920 0 HN~/)NH 10.820 O Fig. 2. Indices mobiles de liaisons CO dans l'alloxane. Le caract@re ggn@ral de cette situation est illustr@ dans le Tableau 1 qui compare les charges et les indices mobiles des liaisons carbony]es de (I), (II) et (III) qui sont impliquds dans des contacts rapproch@s avec des liaisons analogues d'autres purines et pyrimidines d'int@r6t biologique. Tableau 1. Caractgristiques des liaisons CO (Pullman & Pullman, 1963) Indite Charge Charge Compos6 mobile nette du C nette du O Acide barbiturique 0,864* + 0,252* -- 0,393* 0,819 + 0,239 -- 0,454 Acide parabanique 0,864* + 0,242* -- 0,364* 0,822 + 0,239 -- 0,447 Cytosine 0,778 + 0,204 -- 0,492 Uracil 0,799 + 0,212 -- 0,456 0,811 +0,232 --0,463 Acidc orotique 0,801 + 0,213 -- 0,452 0,810 + 0,232 -- 0,464 Guanine 0,796 + 0,207 -- 0,461 Acide urique 0,790 + 0,202 -- 0,467 0,806 + 0,228 -- 0,469 0,776 + 0,201 -- 0,499 * Liaisons CO engag@es dans les contacts rapproch@s. I1 r@sulte de ce tableau que les liaisons carbonyles impliqudes dans les contacts rapproch@s sont carac- t6risdes par un indice mobile particuli@rement dlev@, une charge nette positive sur le carbone impliqu@ darts le contact 6galement tr@s dlev@e mais, en revanche, par une charge nette ndgative relativement tr@s faible sur leur oxyg@ne. R6f6rences DAvrEs, D. 1~. & BLUM, J. J. (1955). Acta Cryst. 8, 129. BOLTON, W. (1963). Aeta Cryst. 16, 166. BOLTON, W. (1964). Acta Cryst. 17, 147. PULLMAN, 13. & PV~_~r,MAN, A. (1963). Quantum Bio- chemistry. New York: Wiley's Interscience Division. Acta Cryst. (1964). 17, 1075 A dynamic effect in electron diffraction by molecules. By JoN GJo~Es, Department of .Physics, University of Oslo, Norway* (Received 18 February 1964) Dynamic scattering within the atoms has been known for some time to contribute to the electron diffraction * Present address: Department of Physics, University of Melbourne, Australia. pattern from gas molecules. This is taken into account in the pseudokinematieal theory (Schomaker & Glauber, 1952) which essentially consists in introducing dynamic atomic scattering factors (Ibers & tIoerni, 1954) into the

A dynamic effect in electron diffraction by molecules

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S H O R T C O M M U N I C A T I O N S 1075

Nous voudrions faire r emarquer que l'hypoth@se sur la grande polarit@ est incompat ible avec l 'observat ion sur la longueur except ionnel lement courte de liaisons en question. E n effet, r ien qu 'en ut i l i sant la repr@sentation courante de la th6orie de la m@som@rie on peut voir ais@ment qu 'une forte polarit@ des carbonyles et en part icul ier une forte accumula t ion des charges dlectro- niques sur leurs oxygbnes r@sulte dans les mol@cules conjug@es d 'une grande impor tance des formules ioniques du type (IVb) qui, n@cessairement, repr@sentent la liaison carbonyle comme simple, done longue. Une liaison CO courte ne saurai t 6tre tr@s polaire.

O O-

(a) (b) ( iv)

Cet @tat de choses est prdcis@ par l ' examen de la distri- but ion de charges @lectroniques et des indices de liaison mobile dans les compos6s interess@s. Prenons ~ t i t re d 'exemple le cas de l 'alloxane. Selon les rdsultats ex- p@rimentaux, le contact rapproch6 a lieu entre 0(6) et C(5). La distr ibution de charges 61ectroniques dans cette mol@cule, @valude par la m6thode des orbitales mold- culaires (Pul lman & Pul lman, 1963) est reprdsentde par la Fig. 1. On constate que les groupes carbonyles engagds dans ce contact ne sont nul lement les groupes les plus polaires de la mol6cule. Leur polarit6 est plus faible que celle du groupe C(2)-O(2). I1 e n e s t ainsi essentiel lement en ce qui concerne la charge n@gative ne t te de l 'oxyg6ne. La charge positive ne t te du C(5) est effect ivement plus 61ev6e que celle des autres groupes carbonyles de la mol@cule.

E n revanche, les liaisons carbonyles impliqudes dans le contact rapproch6 ont un indice de liaison mobile par t icul i6rement dlevd (Fig. 2). En fair cet indice ddcroit tou t ~ fait parall@lement k l'@longation des diff6rentes liaisons carbonyles de l 'alloxane.

-0.252 O

I }+0.242 HN(~ / J N H

~ 0.239 +0.234

O --0.451

Fig. 1. Charges glectroniques nettes dans l'alloxane.

0

0 ]0.920 0

H N ~ / ) N H

10.820 O

Fig. 2. Indices mobiles de liaisons CO dans l'alloxane.

Le caract@re ggn@ral de cet te s i tuat ion est illustr@ dans le Tableau 1 qui compare les charges et les indices mobiles des liaisons carbony]es de (I), (II) et (III) qui sont impliquds dans des contacts rapproch@s avec des liaisons analogues d 'au t res purines et pyr imidines d'int@r6t biologique.

Tableau 1. Caractgristiques des liaisons CO

(Pul lman & Pullman, 1963)

Indite Charge Charge Compos6 mobile nette du C nette du O

Acide barbiturique 0,864* + 0,252* -- 0,393* 0,819 + 0,239 -- 0,454

Acide parabanique 0,864* + 0,242* -- 0,364* 0,822 + 0,239 -- 0,447

Cytosine 0,778 + 0,204 -- 0,492

Uracil 0,799 + 0,212 -- 0,456 0,811 +0,232 --0,463

Acidc orotique 0,801 + 0,213 -- 0,452 0,810 + 0,232 -- 0,464

Guanine 0,796 + 0,207 -- 0,461

Acide urique 0,790 + 0,202 -- 0,467 0,806 + 0,228 -- 0,469 0,776 + 0,201 -- 0,499

* Liaisons CO engag@es dans les contacts rapproch@s.

I1 r@sulte de ce tab leau que les liaisons carbonyles impliqudes dans les contacts rapproch@s sont carac- t6risdes par un indice mobile particuli@rement dlev@, une charge ne t te positive sur le carbone impliqu@ darts le contact 6galement tr@s dlev@e mais, en revanche, par une charge ne t te ndgative re la t ivement tr@s faible sur leur oxyg@ne.

R 6 f 6 r e n c e s

DAvrEs, D. 1~. & BLUM, J . J . (1955). Acta Cryst. 8, 129. BOLTON, W. (1963). Aeta Cryst. 16, 166. BOLTON, W. (1964). Acta Cryst. 17, 147. PULLMAN, 13. & PV~_~r,MAN, A. (1963). Quantum Bio-

chemistry. New York: Wiley 's Interscience Division.

Acta Cryst. (1964). 17, 1075

A d y n a m i c effect in e lectron diffract ion by molecu le s . By JoN G J o ~ E s , Department of .Physics, University of Oslo, Norway*

(Received 18 February 1964)

Dynamic scat ter ing wi th in the a toms has been known for some t ime to contr ibute to the electron diffraction

* Present address: Department of Physics, University of Melbourne, Australia.

pattern from gas molecules. This is taken into account in the pseudokinematieal theory (Schomaker & Glauber, 1952) which essentially consists in in t roducing dynamic a tomic scat ter ing factors (Ibers & tIoerni , 1954) into the

1076 S H O R T C O M M U N I C A T I O N S

formulae of the kinematic theory. These dynamic scat- ter ing factors may also include dynamic interactions by inelastic processes (Gjonnes, 1962).

The question whether dynamic interactions involving different atoms in a molecule may be of importance in electron diffraction by gases was first raised by Hoerni (1956) who concluded from calculations relat ing to a diatomie molecule tha t only a small contr ibut ion to the background was expected.

The purpose of this note is to point out, on the basis of some calculations performed a few years ago, relating to the P4 molecule, tha t dynamic scattering may be significant in electron diffraction from gas molecules containing three or more heavy atoms. The nature of the contr ibut ion can be seen through a simple a rgument : The left ray pa th in Fig. i symbolizes multiple scattering t by the a toms i and 3". Since the scattering is strongly peaked in the forward direction, this double scattering will give an appreciable contr ibut ion only when the molecule has the or ientat ion shown, i.e. when the vector rif is nearly parallel to the incident beam. The phase difference between this ray pa th and the right pa th representing single scattering by a tom k is approximately exp (isp), where p is the normal from k to the line joining i and j , and s is the scattering vector. On averaging over the contr ibuting orientations a Bessel function, Jo(sQ) results. Hence this t r i angula r multiple scattering term' , which can be schematically wr i t ten Fi-->1 x F~, will be the product of the scattering factor for the a tom at k and a scattering factor relating to the two overlapping atoms i and j .

The scattering ampli tude, F~->i, corresponding to the left pa th in :Fig. 1 can be obtained from the corresponding

/ /

j I

\

p

/

<

/ /

/ /

/

/

/

k /

.k k

k \

k \

k

Fig. 1. Schematic representation of 'triangular scattering term'. Centre of atoms at i, j and k.

.f 'Multiple scattering' used in the sense of Hoerni (1956) and Fujiwara (1959).

te rm in the Born series expansion, as shown by t toerni (1956):

Fi ---~j = (1nard) I exp (ikr ' ) Uj(r ' - R j ) ~ ( r ' ) drr, (1)

where a~ is the Bohr radius for hydrogen, Uj is the potent ial distr ibution around the 3"th a tom and ~0i is the ampl i tude of the wave scattered by the i th atom. In a recent paper Bunyan (1964) has given a thorough discussion of the resulting expression and also studied other types of higher order terms; here we shall only give the form of the intensi ty t e rm corresponding to Fig. 1 after averaging over all orientat ions of the mole- cule. The rotat ion around k ' results essentially in a Bessel function as ant ic ipated; the remaining integrat ion over all directions of k ' can be wri t ten as a convolut ion integral on the Ewald sphere:

Fi ---> iF~ ~-- (2/an)R~lJo(s~)fk(s) ff~(sx)

x exp (i½SlRtl)fi(s2)dfk, (2)

where s 1 and s 2 are the intermediate scattering vectors, R~ 1 the vector between the a toms i and j (Fig. 1) and the atomic scattering factors f t do not include 2/aH.

The convolution integral can be performed through expansion in spherical harmonics or, restricting calcula- t ions to small and in termedia te angles (s _< 20), by expansion in the zero-order Bessel function. In order to include all interactions within the atoms, the complex scattering factors f~,i,k should be used. By Bessel func- t ion expansion we calculated the t r iangular t e rm for the P4 molecule up to s = 18 at an electron energy of 36 keV. The ampl i tude of the Bessel function was found to be up to 5% of the ampl i tude of the sin sR/sR term. At- t empts were made to compare the result with experimen- tal intensi ty curves after subtract ion of background and calculated kinematical molecular scattering. The fluctuations in the observed intensi ty curve were too large, however, to allow a clear demonstra t ion of the t r iangular term.

Some conclusions can be drawn from the calculations, however. The magni tude of the t r iangular t e rm will depend on the atomic numbers involved and on the mult ipl ici ty of the triangle. Assuming P4 to be a border- line case, appreciable contr ibut ion from this type of dynamic scattering is to be expected in molecules like CI4, As4, CBr 4 and CHI3, in tha t order.

I am indebted to A. Almenningen, Kjemisk Ins t i tu t t , Univers i ty of Oslo for pu t t ing the in tensi ty data for the P4 molecule at my disposal and to P. J. Bunyan, Univer- sity of Melbourne, for showing me a prepr int of his manuscript .

R e f e r e n c e s

BUNYAN, P. J. (1964). Proc. Phys. Soc. Lond. In the press. Fu;IIWAlaA, K. (1959). J. Phys. Soc. Japan, 14, 1513. GJONNES, J. (1962). J. Phys. Soc. Japan, 17, Suppl.

B - I I , 137. I-IoERNI, J. A. (1956). Phys. Rev. 102, 1534. IBERS, J. A. & ItOER~, J. A. (1954). Acta Cryst. 7, 405. SCttOlYIAKEI~, V . & G L A U B E R , n . (1952). Nature, Lond.

170, 290.