J. Phys. France 47, 305-320 (1986)
DOI: 10.1051/jphys:01986004702030500

Reorientations in pivalic acid (2,2-dimethyl propanoic acid). - II. Incoherent quasielastic neutron scattering study

M. Bee^{1, 2}, W. Longueville², J.P. Amoureux² et R. Fouret<sup>2

1</sup>  Institut Laue-Langevin, 156X, 38042 Grenoble Cedex, France
²  Laboratoire de Dynamique des Cristaux Moléculaires UA 801, Université des Sciences et des Techniques de Lille, 59655 Villeneuve d'Ascq Cedex, France

Abstract
Rotational motions of pivalic acid are analysed in its solid plastic phase, using time of flight neutron spectroscopy. Four different partially deuterated compounds are studied, to analyse motions of the different parts of the molecule. From a study of the compound (CH3)3CCOOD, an elastic incoherent structure factor is extracted which corresponds to a model based upon uniaxial rotational diffusion of the t-butyl groups about their threefold symmetry axis, together with fluctuations of the long axes of the dimer units, about their mean direction of orientation along the [110] lattice axes. The width of the angular distribution is found equal to about 10°. A phenomenological analysis of the low-energy part of the inelastic spectra in terms of a single overdamped oscillator confirms these results, leading to a mean oscillatory amplitude of about 8°. Subtraction of the spectra obtained with the fully deuterated compound (CD3)3CCOOD, from those measured with (CD3)3CCOOH enables the study of the motion of the carboxylic group. This is found to consist of 180° jumps about the central molecular C-C bond. These results are entirely consistent with the measurements performed on the fully hydrogenated compound (CH3)3CCOOH.

Résumé
Nous avons étudié les mouvements de rotation de l'acide pivalique dans sa phase solide plastique, en utilisant la spectrométrie de neutrons par temps de vol. L'étude a porté sur quatre échantillons différents partiellement deutériés, afin d'analyser les mouvements respectifs des diverses parties de la molécule. En étudiant le composé (CH3)3CCOOD, nous avons pu extraire un facteur de structure élastique incohérent qui correspond à un modèle fondé sur une combinaison d'une diffusion rotationelle uniaxiale des groupements t-butyles autour de leur axe de symétrie d'ordre trois avec des fluctuations du grand axe des dimères autour de leur direction moyenne d'orientation le long des axes [110] du réseau. La largeur de la fonction de distribution est d'environ 10°. Une analyse phénoménologique de la partie basse énergie des spectres inélastiques sur la base d'un oscillateur suramorti unique confirme ces résultats, en conduisant à une amplitude moyenne de 8° environ. En soustrayant les spectres obtenus avec le composé complètement deutérié (CD3)3CCOOD de ceux mesurés avec (CD3 )3CCOOH, il est possible d'étudier le mouvement du groupement carboxylique. Celui-ci consiste en des sauts de 180° autour de la liaison moléculaire centrale C-C. Tous ces résultats sont en parfait accord avec les mesures effectuées à partir du composé complètement hydrogèné (CH3) 3CCOOH.

PACS
6150 - Crystalline state.

Key words
molecular reorientation -- neutron diffraction examination of materials -- organic compounds -- plastic crystals