二苯甲C=O變溫紅外光譜研究

胡瑞省，劉會茹，雷 克，劉建壘，苗云飛，王 萌，楊 婷，于宏偉

（石家莊學(xué)院 化工學(xué)院，河北 石家莊 050035）

二苯甲C=O變溫紅外光譜研究

胡瑞省，劉會茹，雷 克，劉建壘，苗云飛，王 萌，楊 婷，于宏偉

（石家莊學(xué)院 化工學(xué)院，河北 石家莊 050035）

采用變溫紅外光紅外技術(shù)在303-393 K范圍內(nèi)，分別測定二苯甲酮羰基伸縮振動（νC=O）的一維紅外光譜、二階導(dǎo)數(shù)紅外光譜及去卷積紅外光譜。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：二苯甲酮相變的臨界溫度為325-326 K，并進(jìn)一步研究了其相變機(jī)理。

一維紅外光譜；二階導(dǎo)數(shù)紅外光譜；去卷積紅外光譜；二苯甲酮

0 引言

二苯甲酮（Benzophenone，CAS 119-61-9），是一類重要的有機(jī)化工中間體[1]，在涂料、塑料、化妝品及香料方面具有廣泛的應(yīng)用.此外，二苯甲酮分子由于不存在對稱中心，具有π共軛電子體系，且其晶體結(jié)構(gòu)也是非中心對稱的，因此具有優(yōu)良的非線性光學(xué)性能，而在光學(xué)材料方面也有潛在應(yīng)用價(jià)值[2-8].二苯甲酮特殊的分子結(jié)構(gòu)在很大程度上決定了其所應(yīng)用體系及材料的光譜特性及理化性質(zhì).研究二苯甲酮分子結(jié)構(gòu)的常見方法有：紅外光譜法[7]，拉曼光譜等[7]。其中紅外光譜由于具有方便、快捷、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)成為研究二苯甲酮分子結(jié)構(gòu)的最常見的方法.采用普通的紅外光譜方法研究二苯甲酮分子結(jié)構(gòu)的文獻(xiàn)報(bào)道非常多[7]，而采用更高分辨率的導(dǎo)數(shù)紅外光譜，去卷積紅外光譜，結(jié)合變溫紅外技術(shù)研究二苯甲酮分子結(jié)構(gòu)卻未見相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道.筆者參考相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道[9-11]，采用變溫紅外技術(shù)，以二苯甲酮最強(qiáng)紅外吸收峰（νC=O）的吸收峰位置及強(qiáng)度為對象，通過測定不同溫度下（303-393 K），二苯甲酮νC=O的一維紅外光譜、二階導(dǎo)數(shù)紅外光譜及去卷積紅外光譜，來研究溫度對于二苯甲酮分子結(jié)構(gòu)影響，并進(jìn)一步探討其相變機(jī)理.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑

二苯甲酮（分析純，上海國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限責(zé)任公司，使用前經(jīng)過石油醚重結(jié)晶，熔程47.8-48.8℃）；硬脂酸（分析純，上海國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限責(zé)任公司）.

1.2 儀器與設(shè)備

Spectrum 100型紅外光譜儀，美國PE公司；SYD TC-01變溫控件，英國Eurotherm公司；X-4型顯微熔點(diǎn)測量儀，北京泰克儀器有限公司.

1.3 方法

1.3.1樣品制備方法

采用壓片法，二苯甲酮與溴化鉀混合，研磨均勻壓片.

1.3.2紅外光譜儀操作條件

每次實(shí)驗(yàn)對信號進(jìn)行32次掃描累加，測定范圍4 000-400 cm-1；變溫控件控溫精度為±0.1 K，測溫范圍303-393 K，變溫步長5 K（其中在323-333 K范圍內(nèi)，變溫步長1 K）.

1.4 數(shù)據(jù)獲得及處理

紅外光譜數(shù)據(jù)的獲得采用PE公司Spectrum v 6.3.5操作軟件；二階導(dǎo)數(shù)紅外光譜數(shù)據(jù)的獲得采PE公司Spectrum v 6.3.5操作軟件，平滑點(diǎn)數(shù)為13；去卷積紅外光譜數(shù)據(jù)獲得采用PE公司Spectrum v 6.3.5操作軟件.其中參數(shù)部分：Gamma=2.0，Length=10；圖形處理采用Origin 8.0.

2 結(jié)果討論

2.1 二苯甲酮紅外光譜研究

由于二苯甲酮熔點(diǎn)在323 K左右，為了更好地考查溫度對于二苯甲酮分子結(jié)構(gòu)的影響，進(jìn)一步把紅外變溫范圍分為3個(gè)階段，分別是二苯甲酮相變前（303-323 K）、相變過程中（324-333 K）及相變后（333-393 K）.

2.1.1 相變前二苯甲酮的紅外光譜研究

首先研究了相變前二苯甲酮的一維紅外光譜和二階導(dǎo)數(shù)紅外光譜，結(jié)果發(fā)現(xiàn):隨著測定溫度的升高，二苯甲酮的νC=O在1 652 cm-1附近有一個(gè)強(qiáng)吸收峰[12-14]，且隨著測定溫度的升高，νC=O的紅外吸收強(qiáng)度有所下降（圖1a，1b）.進(jìn)一步研究了相變前二苯甲酮的去卷積紅外光譜發(fā)現(xiàn)：在1 648和1 652 cm-1附近存在著兩個(gè)強(qiáng)度很大的紅外吸收峰，隨著測定溫度的升高，其強(qiáng)度均有所下降（圖1c）.

圖1 二苯甲酮紅外光譜（303-323 K）

2.1.2 相變過程中二苯甲酮的紅外光譜研究

進(jìn)一步研究了相變過程中的二苯甲酮的一維紅外光譜和二階導(dǎo)數(shù)紅外光譜 （圖2a和2b）.研究發(fā)現(xiàn)：325-326 K的溫度范圍內(nèi)，二苯甲酮的νC=O的紅外吸收頻率由1 652cm-1藍(lán)移至1 656 cm-1.進(jìn)一步研究二苯甲酮的去卷積紅外光譜發(fā)現(xiàn)（圖2c）：在1 654 cm-1出現(xiàn)一個(gè)新的紅外吸收峰.隨著測定溫度的升高，1 648和1 652 cm-1處的紅外吸收峰的強(qiáng)度下降，而1 654 cm-1處紅外吸收峰的強(qiáng)度不斷增加.

圖2 二苯甲酮紅外光譜（324-333 K）

2.1.3 相變后二苯甲酮的紅外光譜研究

最后研究了相變后二苯甲酮的一維紅外光譜和二階導(dǎo)數(shù)紅外光譜發(fā)現(xiàn)（圖3a和3b）：隨著測定溫度的升高，1 656 cm-1附近的νC=O紅外吸收峰強(qiáng)度不斷下降.研究相變后二苯甲酮的去卷積紅外光譜發(fā)現(xiàn)（圖3c）：1 648、1 652和1 654 cm-1處二苯甲酮的νC=O紅外吸收峰強(qiáng)度不斷下降（圖3c）.

圖3 二苯甲酮紅外光譜（333-393 K）

2.2 二苯甲酮相變機(jī)理研究

由于二苯甲酮的去卷積紅外光譜可以提供更多的光譜信息，因此系統(tǒng)研究二苯甲酮的去卷積紅外光譜，來進(jìn)一步研究二苯甲酮的相變機(jī)理（表1）.

表1 去卷積紅外光譜中二苯甲酮νC=O吸收強(qiáng)度隨溫度變化趨勢

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：相變前，二苯甲酮νC=O在1 648和1 652 cm-1處有紅外吸收.這主要是因?yàn)橄嘧兦?，二苯甲酮是處于晶體狀態(tài).而文獻(xiàn)報(bào)道[7，8]常溫下二苯甲酮具有α和β兩種晶體，其中β晶型熔點(diǎn)很低（熔點(diǎn)：26℃），可以自動向α晶型轉(zhuǎn)變（熔點(diǎn)：48℃）.而通?；衔锶廴跔顟B(tài)的紅外吸收頻率位于高波數(shù)位置[11]，因此，1 648 cm-1歸屬于α晶型，而1 652 cm-1歸屬于β晶型.在相變過程中，隨著測定溫度的升高，二苯甲酮νC=O在1 648和1 652 cm-1處紅外吸峰強(qiáng)度不斷降低，而1 654 cm-1處紅外吸峰強(qiáng)度不斷增加.這是因?yàn)闇囟鹊纳咂茐牧嗽械亩郊淄械摩梁挺聝煞N晶型，而液態(tài)二苯甲酮的含量不斷增加.而相變后，隨著測定溫度繼續(xù)升高，二苯甲酮則完全熔解，且完全處于液體分子狀態(tài).

3 結(jié)論

分別采用一維紅外光譜、二階導(dǎo)數(shù)紅外光譜及去卷積紅外光譜測定了二苯甲酮的分子結(jié)構(gòu).研究發(fā)現(xiàn)：二苯甲酮晶體相變的臨界溫度為325-326 K，并進(jìn)一步探索研究了二苯甲酮的相變機(jī)理.

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（責(zé)任編輯 李健飛）

Temperature Effect on FT-IR Spectrum of Benzophenone C=O

HU Rui-sheng，LIU Hui-ru，LEI Ke，LIU Jian-lei，MIAO Yun-fei，WANG Meng，YANG Ting，YU Hong-wei
（School of Chemical Engineering，Shijiazhuang University，Shijiazhuang，Hebei 050035，China）

The temperature effect of benzophenone is studied by one-dimensional infrared spectroscopy，second derivative infrared spectroscopy，and deconvolution infrared spectroscopy in the temperature range from 303 K to 393 K.The critical temperature of phase transition is 325-326 K，and the phase transformation mechanism is further discussed.

one-dimensional infrared spectroscopy；second derivative infrared spectroscopy；deconvolution infrared spectroscopy；benzophenone

O625.42

：A

：1673-1972（2014）06-0024-04

2014-03-16

石家莊學(xué)院校級科研平臺資助項(xiàng)目（XJPT008）

胡瑞?。?964-），男，河北石家莊人，教授，主要從事紅外光譜研究.