The infrared (IR) spectrum of tert-butyl hydroperoxide (TBHP) in the region of the first OH-stretching overtone has been observed under jet-cooled and thermal (300 K, 3 Torr) conditions at ∼7017 cm−1. The jet-cooled spectrum is recorded by IR multiphoton excitation with UV laser-induced fluorescence detection of OH radical products, while direct IR absorption is utilized under thermal conditions. Prior spectroscopic studies of TBHP and other hydroperoxides have shown that the OH-stretch and XOOH (X = H or C) torsion vibrations are strongly coupled, resulting in a double well potential associated with the torsional motion about the OO bond that is different for each of the OH-stretching vibrational states. A low barrier between the wells on the torsional potential results in tunneling split energy levels, which leads to four distinct transitions associated with excitation of the coupled OH-stretch-torsion states. In order to interpret the experimental results, two theoretical models are used that include the OH-stretch-torsion coupling in TBHP. Both methods are utilized to compute the vibrational transitions associated with the coupled OH-stretch-torsion states of TBHP, revealing the underlying transitions that compose the experimentally observed features. A comparison between theory and experiment illustrates the necessity for treatments that include OH-stretch and COOH torsion in order to unravel the spectral features observed in the first OH-stretching overtone region of TBHP.

1.
M. D.
Likar
,
J. E.
Baggott
, and
F. F.
Crim
,
J. Chem. Phys.
90
,
6266
(
1989
).
2.
F. F.
Crim
,
J. Phys. Chem.
100
,
12725
(
1996
).
3.
M. D.
Likar
,
J. E.
Baggot
,
A.
Sinha
,
T. M.
Ticich
,
R. L.
van der Wal
, and
F. F.
Crim
,
J. Chem. Soc., Faraday Trans. 2
84
,
1483
(
1988
).
4.
S. C.
Homitsky
,
S. M.
Dragulin
,
L. M.
Haynes
, and
S.
Hsieh
,
J. Phys. Chem. A
108
,
9492
(
2004
).
5.
6.
D. W.
Chandler
,
W. E.
Farneth
, and
R. N.
Zare
,
J. Chem. Phys.
77
,
4447
(
1982
).
7.
K. A.
Sahetchian
,
R.
Rigny
,
J.
Tardieu de Maleissye
,
L.
Batt
,
M.
Anwar Khan
, and
S.
Mathews
,
Proc. Combust. Inst.
24
,
637
(
1992
).
8.
C. D.
Wijaya
,
R.
Sumathi
, and
W. H.
Green
,
J. Phys. Chem. A
107
,
4908
(
2003
).
9.
L. J.
Butler
,
T. M.
Ticich
,
M. D.
Likar
, and
F. F.
Crim
,
J. Chem. Phys.
85
,
2331
(
1986
).
10.
P. R.
Fleming
and
T. R.
Rizzo
,
J. Chem. Phys.
95
,
1461
(
1991
).
11.
M.-C.
Chuang
,
J. E.
Baggott
,
D. W.
Chandler
,
W. E.
Farneth
, and
R. N.
Zare
,
Faraday Discuss. Chem. Soc.
75
,
301
(
1983
).
12.
K. H.
Møller
,
C. M.
Tram
, and
H. G.
Kjaergaard
,
J. Phys. Chem. A
121
,
2951
(
2017
).
13.
E.
Vogt
,
R. M.
Huchmala
,
C. V.
Jensen
,
M. A.
Boyer
,
J.
Wallberg
,
A. S.
Hansen
,
A.
Kjærsgaard
,
M. I.
Lester
,
A. B.
McCoy
, and
H. G.
Kjaergaard
,
J. Chem. Phys.
154
,
164307
(
2021
).
14.
T. M.
Ticich
,
M. D.
Likar
,
H. R.
Dübal
,
L. J.
Butler
, and
F. F.
Crim
,
J. Chem. Phys.
87
,
5820
(
1987
).
15.
M.
Brouard
,
M. T.
Martinez
,
J.
O’Mahony
, and
J. P.
Simons
,
Chem. Phys. Lett.
150
,
6
(
1988
).
16.
M.
Brouard
and
R.
Mabbs
,
Chem. Phys. Lett.
204
,
543
(
1993
).
17.
L. C.
Dzugan
,
J.
Matthews
,
A.
Sinha
, and
A. B.
McCoy
,
J. Phys. Chem. A
121
,
9262
(
2017
).
18.
R. L.
Vander Wal
and
F. F.
Crim
,
J. Phys. Chem.
93
,
5331
(
1989
).
19.
R. L.
Vander Wal
,
J. L.
Scott
, and
F. F.
Crim
,
J. Chem. Phys.
92
,
803
(
1990
).
20.
S. A.
Nizkorodov
,
M.
Ziemkiewicz
,
D. J.
Nesbitt
, and
A. E. W.
Knight
,
J. Chem. Phys.
122
,
194316
(
2005
).
21.
P.
Avouris
,
M. M. T.
Loy
, and
I. Y.
Chan
,
Chem. Phys. Lett.
63
,
624
(
1979
).
22.
A.
Bach
,
J. M.
Hutchison
,
R. J.
Holiday
, and
F. F.
Crim
,
J. Chem. Phys.
116
,
4955
(
2002
).
23.
D.
Bingemann
,
M. P.
Gorman
,
A. M.
King
, and
F. F.
Crim
,
J. Chem. Phys.
107
,
661
(
1997
).
24.
C. M.
Roehl
,
S. A.
Nizkorodov
,
H.
Zhang
,
G. A.
Blake
, and
P. O.
Wennberg
,
J. Phys. Chem. A
106
,
3766
(
2002
).
25.
M. L.
Hause
,
Y.
Heidi Yoon
,
A. S.
Case
, and
F. F.
Crim
,
J. Chem. Phys.
128
,
104307
(
2008
).
26.
H.
Lee
and
S. K.
Kim
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
22
,
19713
(
2020
).
27.
J. M.
Simmie
,
G.
Black
,
H. J.
Curran
, and
J. P.
Hinde
,
J. Phys. Chem. A
112
,
5010
(
2008
).
28.
R. D.
Bach
and
H. B.
Schlegel
,
J. Phys. Chem. A
124
,
4742
(
2020
).
29.
T. R.
Rizzo
and
F. F.
Crim
,
J. Chem. Phys.
76
,
2754
(
1982
).
30.
J. H.
Gutow
,
D.
Klenerman
, and
R. N.
Zare
,
J. Phys. Chem.
92
,
172
(
1988
).
31.
J.
Sharpless
and
T. R.
Verhoeven
,
Aldrichim. Acta
12
,
63
(
1979
).
32.
F.
Liu
,
J. M.
Beames
,
A. S.
Petit
,
A. B.
McCoy
, and
M. I.
Lester
,
Science
345
,
1596
(
2014
).
33.
F.
Liu
,
J. M.
Beames
, and
M. I.
Lester
,
J. Chem. Phys.
141
,
234312
(
2014
).
34.
Y.
Fang
,
F.
Liu
,
S. J.
Klippenstein
, and
M. I.
Lester
,
J. Chem. Phys.
145
,
044312
(
2016
).
35.
Y.
Fang
,
F.
Liu
,
V. P.
Barber
,
S. J.
Klippenstein
,
A. B.
McCoy
, and
M. I.
Lester
,
J. Chem. Phys.
144
,
061102
(
2016
).
36.
M. J.
Frisch
,
G. W.
Trucks
,
H. B.
Schlegel
,
G. E.
Scuseria
,
M. A.
Robb
,
J. R.
Cheeseman
,
G.
Scalmani
,
V.
Barone
,
G. A.
Petersson
,
H.
Nakatsuji
,
X.
Li
,
M.
Caricato
,
A. V.
Marenich
,
J.
Bloino
,
B. G.
Janesko
,
R.
Gomperts
,
B.
Mennucci
,
H. P.
Hratchian
,
J. V.
Ortiz
,
A. F.
Izmaylov
,
J. L.
Sonnenberg
,
D.
Williams-Young
,
F.
Ding
,
F.
Lipparini
,
F.
Egidi
,
J.
Goings
,
B.
Peng
,
A.
Petrone
,
T.
Henderson
,
D.
Ranasinghe
,
V. G.
Zakrzewski
,
J.
Gao
,
N.
Rega
,
G.
Zheng
,
W.
Liang
,
M.
Hada
,
M.
Ehara
,
K.
Toyota
,
R.
Fukuda
,
J.
Hasegawa
,
M.
Ishida
,
T.
Nakajima
,
Y.
Honda
,
O.
Kitao
,
H.
Nakai
,
T.
Vreven
,
K.
Throssell
,
J. A.
Montgomery
,
J. E.
Peralta
,
F.
Ogliaro
,
M. J.
Bearpark
,
J. J.
Heyd
,
E. N.
Brothers
,
K. N.
Kudin
,
V. N.
Staroverov
,
T. A.
Keith
,
R.
Kobayashi
,
J.
Normand
,
K.
Raghavachari
,
A. P.
Rendell
,
J. C.
Burant
,
S. S.
Iyengar
,
J.
Tomasi
,
M.
Cossi
,
J. M.
Millam
,
M.
Klene
,
C.
Adamo
,
R.
Cammi
,
J. W.
Ochterski
,
R. L.
Martin
,
K.
Morokuma
,
O.
Farkas
,
J. B.
Foresman
, and
D. J.
Fox
, Gaussian 16 Revision A.03,
2016
.
37.
V.
Barone
,
J. Chem. Phys.
120
,
3059
(
2004
).
38.
W. H.
Miller
,
N. C.
Handy
, and
J. E.
Adams
,
J. Chem. Phys.
72
,
99
(
1980
).
39.
B. R.
Johnson
and
W. P.
Reinhardt
,
J. Chem. Phys.
85
,
4538
(
1986
).
40.
D. T.
Colbert
and
W. H.
Miller
,
J. Chem. Phys.
96
,
1982
(
1992
).
41.
J. E. B.
Wilson
,
J. C.
Decius
, and
P. C.
Cross
,
Molecular Vibrations, The Theory of Infrared and Raman Vibrational Spectra
(
McGraw-Hill
,
New York
,
1955
).
42.
J. H.
Frederick
and
C.
Woywod
,
J. Chem. Phys.
111
,
7255
(
1999
).
43.
B. R.
Henry
,
Acc. Chem. Res.
10
,
207
(
1977
).
44.
H. R.
Dübal
and
F. F.
Crim
,
J. Chem. Phys.
83
,
3863
(
1985
).
45.
C.
Zhu
,
H. G.
Kjaergaard
, and
B. R.
Henry
,
J. Chem. Phys.
107
,
691
(
1997
).
46.
D.
Cavagnat
and
L.
Lespade
,
J. Chem. Phys.
114
,
6030
(
2001
).
47.
Z.
Rong
and
H. G.
Kjaergaard
,
J. Phys. Chem. A
106
,
6242
(
2002
).
48.
D. P.
Schofield
and
H. G.
Kjaergaard
,
J. Phys. Chem. A
109
,
1810
(
2005
).
49.
E.
Vogt
,
P.
Bertran Valls
, and
H. G.
Kjaergaard
,
J. Phys. Chem. A
124
,
932
(
2020
).
50.
R.
Meyer
,
J. Chem. Phys.
52
,
2053
(
1970
).
51.
H.-J.
Werner
,
P. J.
Knowles
,
G.
Knizia
,
F. R.
Manby
,
M.
Schütz
,
P.
Celani
,
W.
Györffy
,
D.
Kats
,
T.
Korona
,
R.
Lindh
,
A.
Mitrushenkov
,
G.
Rauhut
,
K. R.
Shamasundar
,
T. B.
Adler
,
R. D.
Amos
,
A.
Bernhardsson
,
A.
Berning
,
D. L.
Cooper
,
M. J. O.
Deegan
,
A. J.
Dobbyn
,
F.
Eckert
,
E.
Goll
,
C.
Hampel
,
A.
Hesselmann
,
G.
Hetzer
,
T.
Hrenar
,
G.
Jansen
,
C.
Köppl
,
Y.
Liu
,
A. W.
Lloyd
,
R. A.
Mata
,
A. J.
May
,
S. J.
McNicholas
,
W.
Meyer
,
M. E.
Mura
,
A.
Nicklaß
,
D. P.
O’Neill
,
P.
Palmieri
,
D.
Peng
,
K.
Pflüger
,
R.
Pitzer
,
M.
Reiher
,
T.
Shiozaki
,
H.
Stoll
,
A. J.
Stone
,
R.
Tarroni
,
T.
Thorsteinsson
,
M.
Wang
, and
M.
Welborn
, MOLPRO 2012.1, a package of ab initio programs, see www.molpro.net.
53.
S. V.
Krasnoshchekov
,
E. V.
Isayeva
, and
N. F.
Stepanov
,
J. Chem. Phys.
140
,
154104
(
2014
).
54.
K. S.
Shin
,
C. H.
Rhee
, and
H. L.
Kim
,
Bull. Korean Chem. Soc.
19
,
319
(
1998
).
55.
M.
Baasandorj
,
D. K.
Papanastasiou
,
R. K.
Talukdar
,
A. S.
Hasson
, and
J. B.
Burkholder
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
12
,
12101
(
2010
).
56.
S.
Hsieh
,
R.
Vushe
,
Y. T.
Tun
, and
J. L.
Vallejo
,
Chem. Phys. Lett.
591
,
99
(
2014
).
57.
D.-C.
Kim
,
K. W.
Lee
,
K.-H.
Jung
, and
J. W.
Hahn
,
J. Chem. Phys.
109
,
1698
(
1998
).
58.
PGOPHER, a Program for Simulating Rotational Structure, C. M. Western, University of Bristol, http://pgopher.chm.bris.ac.uk.
59.
J.
Matthews
,
M.
Martínez-Avilés
,
J. S.
Francisco
, and
A.
Sinha
,
J. Chem. Phys.
129
,
074316
(
2008
).
60.
V. P.
Barber
,
S.
Pandit
,
V. J.
Esposito
,
A. B.
McCoy
, and
M. I.
Lester
,
J. Phys. Chem. A
123
,
2559
(
2019
).
61.
J.
Towns
,
T.
Cockerill
,
M.
Dahan
,
I.
Foster
,
K.
Gaither
,
A.
Grimshaw
,
V.
Hazlewood
,
S.
Lathrop
,
D.
Lifka
,
G. D.
Peterson
,
R.
Roskies
,
J. R.
Scott
, and
N.
Wilkins-Diehr
,
Comput. Sci. Eng.
16
,
62
(
2014
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.