李佳欣 孟 露 張雅秀 吳夢謠 戎 媛 王曉萱 于宏偉

(石家莊學(xué)院化工學(xué)院，河北 石家莊 050035)

0 前言

六氟異丙醇中文名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，分子質(zhì)量168.038,CAS號920-66-1,是一種重要的含氟精細(xì)化學(xué)品[1-2]，應(yīng)用于醫(yī)藥[3]、食品[4]和皮革[5]等領(lǐng)域。六氟異丙醇的分子結(jié)構(gòu)與異丙醇分子結(jié)構(gòu)類似，是異丙醇分子中2個甲基上的6個氫原子被氟原子所取代。六氟異丙醇是一種高極性的溶劑[6-7]，與水和許多有機(jī)溶劑很容易混合，六氟異丙醇-水體系是一類較為綠色的反應(yīng)體系，廣泛應(yīng)用于有機(jī)合成領(lǐng)域，而相關(guān)理論研究少見文獻(xiàn)報道。中紅外(MIR)光譜具有方便快捷的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究領(lǐng)域[8-18]。以六氟異丙醇-水溶液為研究對象，開展了六氟異丙醇-水溶液的MIR光譜研究，為其應(yīng)用研究提供了有意義的科學(xué)借鑒。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原料

六氟異丙醇，純度99.5%，河北一品制藥股份有限公司生產(chǎn)；水，二次蒸餾水。

1.2 試驗(yàn)儀器

Spectrum 100型傅里葉紅外光譜儀，美國PE公司；Golden Gate型單次內(nèi)反射ATR-FTIR變溫附件，英國Specac公司。

1.3 試驗(yàn)方法

紅外光譜試驗(yàn)以空氣為背景，對信號進(jìn)行 1次掃描；六氟異丙醇分子的一維MIR光譜數(shù)據(jù)的獲得采用PE公司Spectrum v 6.3.5操作軟件；六氟異丙醇分子的二階導(dǎo)數(shù)及四階導(dǎo)數(shù)MIR光譜數(shù)據(jù)的獲得采用PE公司Spectrum v 6.3.5操作軟件(平滑點(diǎn)為13)；六氟異丙醇分子的去卷積MIR光譜數(shù)據(jù)采用Spectrum v 6.3.5操作軟件(Gamma=2.0，Length=10)。

2 結(jié)果與討論

2.1 六氟異丙醇分子MIR光譜研究

采用MIR光譜，包括一維MIR光譜、二階導(dǎo)數(shù)MIR光譜、四階導(dǎo)數(shù)MIR光譜和去卷積MIR光譜開展六氟異丙醇分子的結(jié)構(gòu)研究，見圖1。

圖1 六氟異丙醇分子MIR光譜(303 K)

六氟異丙醇分子的一維MIR光譜見圖1(A)，其中1 285.58 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于六氟異丙醇分子中CF3的不對稱伸縮振動模式(νasCF3-六氟異丙醇-一維)；1 174.82 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于六氟異丙醇分子中CF3的對稱伸縮振動模式(νsCF3-六氟異丙醇-一維)；1 099.47 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于六氟異丙醇分子中C—O的伸縮振動模式(νCO-六氟異丙醇-一維)；685.61 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于六氟異丙醇分子中CF3的不對稱彎曲振動模式(δasCF3-六氟異丙醇-一維)。六氟異丙醇分子的二階導(dǎo)數(shù)MIR光譜見圖1(B)，其中1 285.73 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于六氟異丙醇分子中CF3的不對稱伸縮振動模式(νasCF3-六氟異丙醇-二階導(dǎo)數(shù))；1 172.42 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于六氟異丙醇分子中CF3的對稱伸縮振動模式(νsCF3-六氟異丙醇-二階導(dǎo)數(shù))；1 099.30 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于六氟異丙醇分子中C—O的伸縮振動模式(νCO-六氟異丙醇-二階導(dǎo)數(shù))；685.57 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于六氟異丙醇分子中CF3的不對稱彎曲振動模式(δasCF3-六氟異丙醇-二階導(dǎo)數(shù))。六氟異丙醇分子的四階導(dǎo)數(shù)MIR光譜見圖1(C)。其中1 285.12 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于六氟異丙醇分子中CF3的不對稱伸縮振動模式(νasCF3-六氟異丙醇-四階導(dǎo)數(shù))；1 172.73 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于六氟異丙醇分子中CF3的對稱伸縮振動模式(νsCF3-六氟異丙醇-四階導(dǎo)數(shù))；1 099.03 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于六氟異丙醇分子中C—O的伸縮振動模式(νCO-六氟異丙醇-四階導(dǎo)數(shù))；685.66 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于六氟異丙醇分子中CF3的不對稱彎曲振動模式(δasCF3-六氟異丙醇-四階導(dǎo)數(shù))。六氟異丙醇分子的去卷積MIR光譜見圖1(D)，其中 1 286.96 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于六氟異丙醇分子中CF3的不對稱伸縮振動模式(νasCF3-六氟異丙醇-去卷積)；1 171.70 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于六氟異丙醇分子中CF3的對稱伸縮振動模式(νsCF3-六氟異丙醇-去卷積)；1 099.27 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于六氟異丙醇分子中C—O的伸縮振動模式(νCO-六氟異丙醇-去卷積)；685.76 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于六氟異丙醇分子中CF3的不對稱彎曲振動模式(δasCF3-六氟異丙醇-去卷積)。六氟異丙醇官能團(tuán)相關(guān)MIR光譜數(shù)據(jù)見表 1。

表1 六氟異丙醇分子MIR光譜數(shù)據(jù)(303 K)

表1(續(xù))

由表1可知，六氟異丙醇分子的二階導(dǎo)數(shù)MIR光譜、四階導(dǎo)數(shù)MIR光譜及去卷積MIR光譜并不能顯著增加原譜圖(一維MIR光譜)的分辨能力。

2.2 六氟異丙醇-水溶液一維MIR光譜研究

研究了不同體積比的六氟異丙醇-水溶液的一維MIR光譜，考察不同濃度六氟異丙醇-水溶液氫鍵作用的差異性，見圖 2。

圖2 六氟異丙醇-水溶液一維MIR光譜(303 K)

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：隨著混合溶液中水含量的增加，六氟異丙醇分子νasCF3-六氟異丙醇-一維-混合溶液、νsCF3-六氟異丙醇-

一維-混合溶液和νCO-六氟異丙醇-一維-混合溶液對應(yīng)的吸收頻率發(fā)生藍(lán)移的趨勢，六氟異丙醇分子δasCF3-六氟異丙醇-一維-

混合溶液對應(yīng)的吸收頻率發(fā)生紅移的趨勢，而相應(yīng)的官能團(tuán)(νasCF3-六氟異丙醇-一維-混合溶液、νsCF3-六氟異丙醇-一維-混合溶液、νCO-六氟異丙醇-一維-混合溶液和δasCF3-六氟異丙醇-一維-混合溶液)對應(yīng)的吸收強(qiáng)度不斷降低。六氟異丙醇-水溶液其他官能團(tuán)的一維MIR光譜數(shù)據(jù)見表 2。

表2 六氟異丙醇-水溶液一維MIR光譜(303 K)

研究發(fā)現(xiàn)：由于 F 原子較強(qiáng)的誘導(dǎo)效應(yīng)，六氟異丙醇分子間存在著較強(qiáng)的氫鍵作用。當(dāng)六氟異丙醇溶液中加入水以后，六氟異丙醇與更多的水分子間存在相對較弱氫鍵作用，因此，六氟異丙醇對應(yīng)氫鍵主要官能團(tuán)對應(yīng)的紅外吸收模式(νCO-六氟異丙醇-一維-

混合溶液)發(fā)生了明顯的藍(lán)移。六氟異丙醇-水溶液氫鍵作用機(jī)理見圖3。

圖3 六氟異丙醇-水溶液氫鍵作用機(jī)理

3 結(jié)論

六氟異丙醇的紅外吸收模式包括νasCF3-六氟異丙醇、νsCF3-六氟異丙醇、νCO-六氟異丙醇和δasCF3-六氟異丙醇。隨著六氟異丙醇濃度的降低，六氟異丙醇-水溶液分子間的氫鍵作用減弱。