第36卷，第2期 2016年2月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
环丁醇温致相变的原位拉曼光谱研究张焕君，程学瑞，任宇芬，朱祥，袁朝圣
郑州轻工业学院物理与电子工程学院，河南郑州450002
Vol, 36 ,No. 2 -pp408-412 February2016
摘要采用拉曼光谱和红外光谱解析了常温条件下环丁醇的各个振动模式及其与分子构象间的关联，结果表明态环丁醇以赤道一反式构象为主，并含有少量的赤道间扭式构象。在此基础上结合差示扫描量热技术和变温拉曼光谱，原位研究了环丁醇的温致相变过程和分子构象随温度的变化。结果表明，冷却至140 K的过程中，环于醇并未结晶固化，而是保持亚稳定的无序液体状态，即出现过冷现象，继续降温至138K 出现玻璃化转变。升温过程中，在170K时出现放热峰，同时有新的拉曼峰出现，并且拉曼峰的半高宽和强度发生明显的突变，表明环丁醇由无序结构转变为有序的结晶相。因此，我们获得广环丁醇的温致相变序列：液态→过冷液体→玻璃态→结晶态→液态。通过对环丁醇不同分子构象的拉曼特征峰的定量分析，证实环丁醇在降温过程中，反式构象和间扭式构象的比例未发生明显改变，即没有发生构象变化。然而升温时，伴随170K时结晶态的转变，反式构象特征峰的相对强度减小，表明部分分子由赤道-反式构象转变为赤
道-间扭式构象。该研究结果对进一步理解和研究其他有机小分子的温致相变和构象变化具有指导意义，关键词环丁醇；拉曼光谱；相变；差示量热扫描
中图分类号：0433.5
引言
文献标识码：A
DOI : 10, 3964/j. issn. 1000-0593(2016 )02-0408-05
醇的研究主要集中在分子构象方面，尚缺乏对其温致相变过程的原位研究。拉曼光谱能提供分子的组成、结构、相互作用等信息，在研究分子间相互作用和分子构象方面有明显
近年来，温度、压力等外部环境下有机小分子的结构和
结晶研究成为一个研究热点，为研究和理解复杂分子体系的物理和化学特性提供必要的理论基础-2}。其中，环丁醇(CH:O)是由四个碳原子构成的环状有机小分子，是一种重要的化工原料，在化工和医学上具有重要用途，
理论研究证实常温常压条件下环丁醇的的四个碳原子并不在同一平面内，非平面的碟式构象是其最稳定的分子构象3-4]。环丁醇中羟基有两种取向，即赤道方向或轴向方向，增加广一个新的自由度，从而能够形成四种分子构象，即赤道—反式（Eq-t，equatorial-trans）、赤道—间扭式（Eq-g，e-quatorial-gauche）、轴向—反式（Ax-t，axial-trans）和轴向间扭式（Ax-g，axial-gauche）")。此外，羟基引人使邻近分子形成氢键的能力增强，对分子间相互作用和分子结构产生重要影响。环戊醇的温致相变研究表明，其存在一个液固相变和三个固固相变过程，包括两个位置有序而方向无序的塑晶相和两个位置有序且方向有序的晶态结构6汀。因此，环丁醇也可能存在丰富温致相变过程和不同的相结构。然而，环
收稿日期：2014-11-23，修订日期：2015-03-22
基金项目：国家自然科学基金项目（11404292)资助
的优势[8-9]。而且拉曼光谱具有可原位、实时探测的特点，能够原位检测环丁醇从常温到低温转变过程中其相变动力学过程。
利用差示扫描量热技术和拉曼光谱，原位研究了环丁醇
的温致相变过程，除广定性观察若十拉受谱峰在相变过程中的变化外，还对谱峰的频率、半高宽进行了定量的分析，讨论了环丁醇在无序一有序结构变化过程中其分子构象的变化。该结果对其他有机小分子及复杂分子体系的研究有重要的指导意义。
实验部分 1
环丁醇样品由百灵威化学技术有限公司提供，纯度优于
99。红外光谱测量采用德国布鲁克公司70V傅重叶红外光谱仪和ZnSe晶体衰减全反射附件，分辨率为4cm-1。量热扫描曲线采用美国02000DSC差示扫描量热仪测量：温度范围为100～300K，变温速率为10K·min-1。拉曼光谱测
作者简介：张焕君，1983年生，郑州轻工业学院物理与电子工程学院讲师
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