J. Phys. France 45, 497-503 (1984)
DOI: 10.1051/jphys:01984004503049700

Dynamics of non-rigid molecules. - II. - Quasi-Elastic Neutron Scattering study of liquid cyclopentene

J.C. Lassegues¹, M. Fouassier¹, M. Besnard¹, H. Jobic² et A.J. Dianoux<sup>2

1</sup>  Laboratoire de Spectroscopie Infrarouge, LA 124, Université de Bordeaux I, 351, cours de la Libération, 33405 Talence Cedex, France
²  Institut Laue-Langevin, 156X, 38042 Grenoble Cedex, France

Abstract
Quasi-Elastic Neutron Scattering (Q.E.N.S.) measurements have been performed on liquid cyclopentene in order to detect an eventual contribution of the ring-puckering dynamics to the observed profiles. For small momentum transfer values Q and at high resolution, the self-diffusion coefficient has been extracted between 298 and 128 K. Its values are in good agreement with those measured using the NMR spin-echo technique D (cm2. s-1) = 1.3 x 10-3 exp( - 8 653/RT), with R = 8.314 J. degree-1. mole-1. Furthermore, it has been possible to describe reorientations of the whole molecule in terms of spherical rotational diffusion with a Dr value of 6.2 x 1010 s -1 at 180 K. Finally, a precise analysis of the wings of the Q.E.N.S. spectra at higher Q values allows a further component of the motion to be detected. It is due to the internal dynamics and corresponds to a mean jump rate of 1.1 x 1012 s-1 at 180 K. However, the Q . dependence of the width of this component indicates that the ring-puckering process does not occur by instantaneous jumps between two puckered conformations but certainly involves a more complicated diffusive model.

Résumé
Le cyclopentène liquide a été étudié par diffusion quasiélastique des neutrons afin d'identifier, dans les profils observés, une éventuelle contribution de la dynamique interne d'inversion. Pour de faibles valeurs du transfert de moment Q et à très haute résolution, le coefficient de diffusion translationnelle a été extrait. Ses valeurs, mesurées entre 298 et 128 K, sont en parfait accord avec celles mesurées par la technique d'écho de spin en RMN et conduisent à la relation : D (cm2. s-1) = 1,3 x 10-3 exp( - 8 653 /RT) avec R = 8,314 J. degré-1. mole-1. D'autre part, les réorientations d'ensemble de la molécule peuvent être décrites par un modèle de diffusion rotationnelle sphérique (Dr = 6,2 × 1010 s-1 à 180 K). Enfin, une analyse précise des ailes du spectre permet de mettre en évidence une composante supplémentaire due à la dynamique d'inversion et correspondant à une fréquence moyenne de 1,1 × 1012 sauts/s à 180 K. Cependant, le fait que la largeur de cette composante augmente avec Q révèle un processus plus complexe que le simple modèle de sauts instantanes entre deux positions d'équilibre.

PACS
3315M - Rotation, vibration, and vibration-rotation constants.

Key words
molecular reorientation -- molecular vibration -- neutron diffraction examination of materials -- organic compounds -- self diffusion in liquids