Kiinteän olomuodon kemialliset reaktiot ovat viime vuosina herättäneet paljon kiinnostusta, sillä ne tarjoavat ympäristöystävällisen vaihtoehdon liuotinpohjaiselle kemialle. Kiinteässä olomuodossa reaktiot riippuvat materiaalin kiderakenteesta ja atomien järjestyksestä molekyylissä. Reaktiot tapahtuvat tietyn suuntaisten kemiallisten sidosten muodostumisen ja murtumisen seurauksena. Lähtöaineiden kiinteä olomuoto mahdollistaa myös reaktiomekanismien yksityiskohtaisen tutkimisen. Tunnetuin orgaanisen kiinteän olomuodon reaktioista on [2 + 2]-fotodimerisaatio, jonka tunnetuin esimerkki on trans-kanelihapon fotodimerisaatio truksiilihapoksi. Kyseinen reaktio on valon indusoima sykloadditio, jossa kaksi tai useampi tyydyttymätöntä molekyyliä yhdistyy muodostaen rengasrakenteisen tyydyttyneemmän tuotteen. Kyseinen reaktio on myös topokemiallinen eli kiderakenne vaikuttaa reaktiotuotteisiin. Reaktio noudattaa myös niin kutsuttua topokemiallista periaatetta, eli etenee pienimmän atomaarisen ja molekulaarisen liikehdinnän kautta.
Kemiallisten reaktioiden syvällinen ymmärtäminen vaatii atomiskaalan rakenteiden tarkastelua, joka onnistuu materiaalitieteissä laajalti käytetyn röntgensäteilyn avulla. Röntgensäteily sopii tähän erityisen hyvin, sillä sen aallonpituus on samaa suuruusluokaa atomien ja niiden välisten etäisyyksien kanssa. Röntgensäteilyn aallonpituusalueen synkrotronisäteilyn käyttö materiaalitutkimuksessa on jatkuvasti yleistynyt synkrotronien kehittyessä. Uusimmat synkrotronisäteilylaitokset mahdollistavat epäelastiseen röntgensirontaan pohjautuvien spektroskopiamenetelmien käytön elektronirakenteiden tutkimiseen. Ei-resonantti epäelastinen röntgensironta alimman kuoren elektroneista tunnetaan myös Röntgen-Raman-sirontana, joka mahdollistaa kevyiden alkuaineiden kemiallisten reaktioiden tarkastelun.
Tässä tutkielmassa keskitytään kiteisen alfa-trans-kanelihapon ja alfa-truksiilihapon aikerotteisiin spektroskopiamittauksiin Röntgen-Raman-sironnalla ja sen tuottamaan röntgenindusoituun dimerisaatioon. Kokeet tehtiin kiteillä, jotka oli jäähdytetty 10 K lämpötilaan. Mittaus jåärjestettiin siten, että Röntgen-Raman-spektreissä tarkastellaan energiansiirtoja lähellä hiilen 1s-absorptioreunaa. Motivaationa oli seurata röntgenindusoitua dimerisaatiota näytteen absorboiman säteilyannoksen funktiona tarkastelemalla spektrien muutoksia.
Tutkielmassa tutustutaan teoriaan molekyyliorbitaalien muodostumisesta, röntgensäteilyn vuorovaikutuksesta aineen kanssa sekä ei-resonantista röntgensironnasta, erityisesti Röntgen-Raman-sironnasta. Kokeellisessa osiossa kiteiden Röntgen-Raman-spektreistä määritetään dimerisaatioon osallistuvien aineiden spektrit sekä säteilylopputuotteiden spektrit. Näiden avulla tarkastellaan ja mallinnetaan reaktioiden kinetiikkaa.
