六氟异丙醇-水溶液中红外光谱研究
2021-09-15李佳欣张雅秀吴梦谣王晓萱于宏伟
李佳欣 孟 露 张雅秀 吴梦谣 戎 媛 王晓萱 于宏伟
(石家庄学院化工学院，河北 石家庄 050035)
0 前言
六氟异丙醇中文名1,1,1,3,3,3-六氟-2-丙醇，英文名1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol，分子式C3H2F6O，分子质量168.038,CAS号920-66-1,是一种重要的含氟精细化学品[1-2]，应用于医药[3]、食品[4]和皮革[5]等领域。六氟异丙醇的分子结构与异丙醇分子结构类似，是异丙醇分子中2个甲基上的6个氢原子被氟原子所取代。六氟异丙醇是一种高极性的溶剂[6-7]，与水和许多有机溶剂很容易混合，六氟异丙醇-水体系是一类较为绿色的反应体系，广泛应用于有机合成领域，而相关理论研究少见文献报道。中红外(MIR)光谱具有方便快捷的优点，广泛应用于物质结构研究领域[8-18]。以六氟异丙醇-水溶液为研究对象，开展了六氟异丙醇-水溶液的MIR光谱研究，为其应用研究提供了有意义的科学借鉴。
1 试验部分
1.1 试验原料
六氟异丙醇，纯度99.5%，河北一品制药股份有限公司生产；水，二次蒸馏水。
1.2 试验仪器
Spectrum 100型傅里叶红外光谱仪，美国PE公司；Golden Gate型单次内反射ATR-FTIR变温附件，英国Specac公司。
1.3 试验方法
红外光谱试验以空气为背景，对信号进行 1次扫描；六氟异丙醇分子的一维MIR光谱数据的获得采用PE公司Spectrum v 6.3.5操作软件；六氟异丙醇分子的二阶导数及四阶导数MIR光谱数据的获得采用PE公司Spectrum v 6.3.5操作软件(平滑点为13)；六氟异丙醇分子的去卷积MIR光谱数据采用Spectrum v 6.3.5操作软件(Gamma=2.0，Length=10)。
2 结果与讨论
2.1 六氟异丙醇分子MIR光谱研究
采用MIR光谱，包括一维MIR光谱、二阶导数MIR光谱、四阶导数MIR光谱和去卷积MIR光谱开展六氟异丙醇分子的结构研究，见图1。
图1 六氟异丙醇分子MIR光谱(303 K)
六氟异丙醇分子的一维MIR光谱见图1(A)，其中1 285.58 cm-1频率处的吸收峰归属于六氟异丙醇分子中CF3的不对称伸缩振动模式(νasCF3-六氟异丙醇-一维)；1 174.82 cm-1频率处的吸收峰归属于六氟异丙醇分子中CF3的对称伸缩振动模式(νsCF3-六氟异丙醇-一维)；1 099.47 cm-1频率处的吸收峰归属于六氟异丙醇分子中C—O的伸缩振动模式(νCO-六氟异丙醇-一维)；685.61 cm-1频率处的吸收峰归属于六氟异丙醇分子中CF3的不对称弯曲振动模式(δasCF3-六氟异丙醇-一维)。六氟异丙醇分子的二阶导数MIR光谱见图1(B)，其中1 285.73 cm-1频率处的吸收峰归属于六氟异丙醇分子中CF3的不对称伸缩振动模式(νasCF3-六氟异丙醇-二阶导数)；1 172.42 cm-1频率处的吸收峰归属于六氟异丙醇分子中CF3的对称伸缩振动模式(νsCF3-六氟异丙醇-二阶导数)；1 099.30 cm-1频率处的吸收峰归属于六氟异丙醇分子中C—O的伸缩振动模式(νCO-六氟异丙醇-二阶导数)；685.57 cm-1频率处的吸收峰归属于六氟异丙醇分子中CF3的不对称弯曲振动模式(δasCF3-六氟异丙醇-二阶导数)。六氟异丙醇分子的四阶导数MIR光谱见图1(C)。其中1 285.12 cm-1频率处的吸收峰归属于六氟异丙醇分子中CF3的不对称伸缩振动模式(νasCF3-六氟异丙醇-四阶导数)；1 172.73 cm-1频率处的吸收峰归属于六氟异丙醇分子中CF3的对称伸缩振动模式(νsCF3-六氟异丙醇-四阶导数)；1 099.03 cm-1频率处的吸收峰归属于六氟异丙醇分子中C—O的伸缩振动模式(νCO-六氟异丙醇-四阶导数)；685.66 cm-1频率处的吸收峰归属于六氟异丙醇分子中CF3的不对称弯曲振动模式(δasCF3-六氟异丙醇-四阶导数)。六氟异丙醇分子的去卷积MIR光谱见图1(D)，其中 1 286.96 cm-1频率处的吸收峰归属于六氟异丙醇分子中CF3的不对称伸缩振动模式(νasCF3-六氟异丙醇-去卷积)；1 171.70 cm-1频率处的吸收峰归属于六氟异丙醇分子中CF3的对称伸缩振动模式(νsCF3-六氟异丙醇-去卷积)；1 099.27 cm-1频率处的吸收峰归属于六氟异丙醇分子中C—O的伸缩振动模式(νCO-六氟异丙醇-去卷积)；685.76 cm-1频率处的吸收峰归属于六氟异丙醇分子中CF3的不对称弯曲振动模式(δasCF3-六氟异丙醇-去卷积)。六氟异丙醇官能团相关MIR光谱数据见表 1。
表1 六氟异丙醇分子MIR光谱数据(303 K)
表1(续)
由表1可知，六氟异丙醇分子的二阶导数MIR光谱、四阶导数MIR光谱及去卷积MIR光谱并不能显著增加原谱图(一维MIR光谱)的分辨能力。
2.2 六氟异丙醇-水溶液一维MIR光谱研究
研究了不同体积比的六氟异丙醇-水溶液的一维MIR光谱，考察不同浓度六氟异丙醇-水溶液氢键作用的差异性，见图 2。
图2 六氟异丙醇-水溶液一维MIR光谱(303 K)
试验发现：随着混合溶液中水含量的增加，六氟异丙醇分子νasCF3-六氟异丙醇-一维-混合溶液、νsCF3-六氟异丙醇-
一维-混合溶液和νCO-六氟异丙醇-一维-混合溶液对应的吸收频率发生蓝移的趋势，六氟异丙醇分子δasCF3-六氟异丙醇-一维-
混合溶液对应的吸收频率发生红移的趋势，而相应的官能团(νasCF3-六氟异丙醇-一维-混合溶液、νsCF3-六氟异丙醇-一维-混合溶液、νCO-六氟异丙醇-一维-混合溶液和δasCF3-六氟异丙醇-一维-混合溶液)对应的吸收强度不断降低。六氟异丙醇-水溶液其他官能团的一维MIR光谱数据见表 2。
表2 六氟异丙醇-水溶液一维MIR光谱(303 K)
研究发现：由于 F 原子较强的诱导效应，六氟异丙醇分子间存在着较强的氢键作用。当六氟异丙醇溶液中加入水以后，六氟异丙醇与更多的水分子间存在相对较弱氢键作用，因此，六氟异丙醇对应氢键主要官能团对应的红外吸收模式(νCO-六氟异丙醇-一维-
混合溶液)发生了明显的蓝移。六氟异丙醇-水溶液氢键作用机理见图3。
图3 六氟异丙醇-水溶液氢键作用机理
3 结论
六氟异丙醇的红外吸收模式包括νasCF3-六氟异丙醇、νsCF3-六氟异丙醇、νCO-六氟异丙醇和δasCF3-六氟异丙醇。随着六氟异丙醇浓度的降低，六氟异丙醇-水溶液分子间的氢键作用减弱。
