联苯变温红外光谱研究

第49卷第2期2019年6月
杭州化工
HANGZHOU CHEMICAL INDUSTRY
Vol.49No.2
Jun.2019联苯变温红外光谱研究
王欣，于卉,李玉贤，刘旭,刘晓珊，王雨，邢玉超，于宏伟
（石家庄学院化工学院，河北石家庄050035）
摘要:采用红外光谱技术开展了联苯的分子结构研究。

实验发现：联苯的红外吸收模式主要包括：C_H伸缩振动（叫啊昨），C=C伸缩振动（比=<：点问J,C—H面外弯曲振动（和联苯骨架面外弯曲振动（&等。

采用变温红外光谱技术，进一步开展了温度变化对联苯分子结构的影响研究。

实验发现，随着测定温度的升高，联苯的化学结构发生改变，而343K是联苯晶体结构改变的临界温度，并进一步研究了其相变机理。

该项研究拓展了变温红外光谱技术在有机材料（联苯）热稳定性的应用研究范围。

关键词:联苯;红外光谱；变温红外光谱；结构
doi:10.13752/j.issn.1007-2217.2019.02.003
联苯（分子式为C12H10,CAS登记号202-163-5）是重要的有机化工中间体，广泛用于医药、农药、染料等领域⑴。

此外，联苯及其衍生物还是液晶材料的重要组成单体03〕,其结构及热稳性研究具有重要的理论研究价值。

联苯在室温下为白色晶状固体（其熔点为343K）,而不同温度下，联苯的理化性能会发生改变，相关研究却少见报道。

变温红外光谱技术广泛应用于有机物热稳定性研究「“J。

因此，本文以联苯为模板化合物，开展了红外及变温红外光谱研究，来进一步探索温度变化对联苯结构及热稳定性的影响。

1实验部分
1.1材料与仪器
实验材料：联苯，国药集团上海化学试剂有限公司。

实验仪器:Spectrum100型红外光谱仪，美国PE 公司；Golden Gate型单反射变温附件，英国Specac 公司；WEST6100+型变温控件，英国Specac公司。

1.2实验方法
每次实验以空气为背景，对信号进行8次扫描累加，测温范围303-393K,变温步长5K。

一维及二阶导数红外光谱数据采用PE公司Spectrum v6.3.5操作软件获得。

2结果与讨论
2.1联苯红外光谱研究
首先开展了联苯的一维红外光谱［图1（a）］及二阶导数红外光谱［图1（b）］研究。

根据文献报道卩3062cm"（"cTM仙t）和3034 cm-'（p c^2w）频率处的红外吸收峰归属于联苯分子C H伸缩振动模式（“CTHJiphmyl）；1598Cm~'（l*C=C-l-l>i|>l»nyl）、1570crrr"（“c=G2-DipiE）、1478cm_l（1429 cm-Uc=gMm）频率处的红外吸收峰归属于联苯分子C=C伸缩振动模式O c=sht）;725cnr1频率处的红外吸收峰归属于联苯分子C-H面外弯曲振动模式（比_ ,而694cm-1频率处的红外吸收峰归属于联苯分子骨架面外弯曲振动模式（E wiw-sme”）。

相关光谱信息见表10
2.2联苯变温红外光谱研究
由于联苯的熔点为343K,因此本文主要在303〜338K（联苯相变前）、338〜348K（联苯相变过程中）及348〜393K（联苯相变后）3个温度区间内，分别开展联苯变温红外光谱的研究，并进一步探索温度变化对联苯分子结构的影响。

2.2.1相变前联苯变温红外光谱研究
2.2.1.13200-2800cm"频率范围
相变前，联苯在3200〜2800cm-'频率范围内的变温红外光谱如图2所示。

收稿日期:2018-10-30
基金项目：石家庄市科学技术研究再发展计划课题（171501232A ）
•8•杭州化工第49卷
波数/cm」
联苯一维红外光谱
波数/cnr"
联苯二阶导数红外光谱
波数/cm"
联苯二阶导数变温红外光谱
图2相变前联苯变温红外光谱(3200〜2800cnr1)
在3200—2800cm"频率范围内，开展了相变前联苯的一维变温红外光谱的研究[图2(a)],实验发现：随着测定温度的升高，联苯的比卡皿和％—对应的红外吸收强度降低，但相应的红外吸收频率出现了红移现象；而进一步研究了相变前联苯的二阶导数变温红外光谱[图2(b)],则得到了同样的红外光谱信息。

相关光谱数据见表2O
2.2.1.21600〜1400cm"频率范围
相变前，联苯在1600-1400cm-'频率范围内的变温红外光谱如图3所示。

图1联苯红外光谱(303K)表1联苯红外光谱数据(303K)
联苯分子官能团联苯一维红外光谱
吸收频率/cm"
联苯二阶导数红外
光谱吸收频率/cm」
H-1-Oiphwl
30623063 *4：—H-2-Diphrnyl30343034
15981597 ,/C=C-2-Di f*my115701570
14781478
14291429
725725 ^Diphmyi-Su4rton694694
联苯一维变温红外光谱
波数/cm"
联苯二阶导数变温红外光谱
图3相变前联苯变温红外光谱(1600-1400cnr1
)
第2期王欣,等:联苯变温红外光谱研究•9•
在1600-1400cm-1频率范围内，开展了相变前联苯的变温一维红外光谱的研究[图3(a)],研究发现:随着测定温度的升高，联苯的％K-oipbT(包括:^C=C-l-DiphenyH %=G2-Diphenyl、％=C-MDiphenyl和^C=C4-Diphenyl)对应的红外吸收强度减小，而对应的红外吸收频率出现了红移现象。

进一步研究了相变前联苯的变温二阶导数红外光谱[图3 (b)],则得到了同样的红外光谱信息。

相关光谱数据见表2。

2.2.1.3750—650cm"频率范围
相变前，联苯在750〜650cm"频率范围内的变温红外光谱如图4所示。

联苯一维变温红外光谱
图4相变前联苯变温红外光谱(750-650cm-1)
在750-650cm-'频率范围内，进一步开展了相变前联苯的变温一维红外光谱的研究工作[图4(a)],实验发现：随着测定温度的升高，联苯的比-h•-冋I和叫TZ”对应的红外吸收强度降低，而对应的红外吸收频率出现了蓝移现象。

进一步研究了相变前联苯的变温二阶导数红外光谱[图4(b)],则得到了同样的红外光谱信息。

相关光谱数据见表2。

由表2数据可知,相变前，随着测定温度的升高,联苯主要官能团(比―WDiphenyl、"C=GDifte>yl、°C—H-Diphenyl和
表2联苯变温红外光谱数据(303〜338K)
联苯分子
官能团
联苯一维红外光谱
吸收频率/cm“
303K(338K)
联苯二阶导数红外
光谱吸收频率/cm"
303K(338K)
^C—H-1-Diphenyl
3062(3061)J3063(3062)J
^C—H-2-Diphaiyl3034(3033)I3034(3033)j
^C=C-l-Di|4wiyl1598(1597)i1597(1597)! "CzXQ-Diphmyl1570(1569)I1570(1569)j
^Cz^C-S-DijiHiyl1478(1477)I1478(1477)1
^CrX-4-Diphaiyl1429(1429)I1429(1429)1
^C—H-Dif*awi725(726)i725(725)!
694(694)i694(694)!
注：1代表随着测定温度的升高，联苯对应的官能团红外吸收强度
降低,下同。

沐曲旳对应的红外吸收频率、峰型均没有明显变化,但相应的红外吸收强度降低。

实验证明，相变前联苯的化学结构基本稳定。

2.2.2相变过程中联苯变温红外光谱研究
2.2.2.13200〜2800cm"频率范围
相变过程中，联苯在3200-2800cm-'频率范围内的变温红外光谱如图5所示。

联苯一维变温红外光谱
波数/cm」
联苯二阶导数变温红外光谱
图5相变过程中联苯变温红外光谱(3200-2800cnf1)首先开展了相变过程中联苯的变温一维红外光谱的研究[图5(a)],实验发现：随着测定温度的升
•10.杭州化工第49卷
咼，联本的比-和VcT*2-DiphoM对应的红外吸收强度明显下降，而对应的红外吸收频率出现了红移现象。

而进一步研究了相变过程中联苯的变温二阶导数红外光谱[图5(b)],则得到了同样的红外光谱信息。

相关光谱数据见表3。

2.2.2.21600-1400cm-1频率范围
相变过程中，联苯在1600〜1400cnr1频率范围内的变温红外光谱如图6所示。

波数/cm"
联苯一维变温红外光谱
联苯二阶导数变温红外光谱
图6相变过程中联苯变温红外光谱(1600-1400cm-1)首先开展了相变过程中联苯的一维变温红外光
谱的研究[图6(a)],实验发现:随着测定温度的升高,联本的包括：1-Diphenyl、叱=02-口问"、"c=C-34)iphenyl 和对应的红外吸收强度降低。

随着测定温度的升咼，联本的^C=C-l-Di|>l«-nyl和=C-2-niphenyl对应的红外吸收频率出现了红移现象，而联苯的和哙"“如⑷对应的红外吸收频率出现了明显的蓝移现象。

进一步研究了相变过程中联苯的二阶导数变温红外光谱[图6(b)],发现随着测定温度的升高,联苯的”C=3-Diphenyl、"c=C-2-Diphaiyl和C-4-Diphenyl对应的红外吸收强度降低，而哙对应的红外吸收强度增加。

随着测定温度的升高,联苯的址=05("和“CPDiph血对应的红外吸收频率出现了红移现象,而联苯的y E 和比=C4■时^对应的红外吸收频率出现了明显的蓝移现象。

相关光谱数据见表3。

2.2.2.3750〜650cnr1频率范围
相变过程中,联苯在750〜650cm-'频率范围内的变温红外光谱如图7所示。

联苯-维变温红外光谱
联苯二阶导数变温红外光谱
图7相变过程中联苯变温红外光谱(750〜650cm")首先开展了相变过程中联苯的一维变温红外光谱
的研究[图7(a)],实验发现:随着测定温度的升高，固相联苯的对应的红外吸收峰趋于消失，而高频处发现了一个新的红外吸收峰，是液相联苯的6曲吶％』畑对应的红外吸收峰，而343K是一个临界温度，在临界温度下，同时存在着固相联苯
及液相联苯8U,对应的红外吸收峰。

而随着测定温度的升高，联苯对应的红外吸收峰强度减少，相应的红外吸收频率出现了明显的蓝移现象。

进一步研究了相变过程中联苯的二阶导数变温红外光谱[图7(b)],联苯比h对应的红外吸收强度减少，而对应的红外吸收强度增加。

随着测定温度的升高，联苯的比"和§呻T'su®相应的红外吸收频率出现了明显的蓝移现象。

相关光谱数据见表3。

由表3数据可知，相变过程中，
随着测定温度的
第2期王欣,等:联苯变温红外光谱研究•11•表3联苯变温红外光谱数据(338〜348K)
联苯分子官能团联苯一维红外光谱
吸收频率/cm"
338K(348K)
联苯二阶导数红外
光谱吸收频率/cm」
338K(348K)
"c—3061(3059)I3062(3060)!
^C—H-2-Iliphfflyi3033(3031)13033(3031)J
1597(1596)11597(1596)|
^C^^-Diphmyi1569(1569)I1569(1569)；
^CizC-VDiphmyl1477(1481)I1477(1481)t
1429(1431)I1429(1431)|
§CH-Diphcnyl726(733)i725(733)J
694(695)1694(695)T
注：t代表随着测定温度的升高，对应官能团红外吸收强度增加。

升高，联苯比说现如对应的红外吸收频率出现了明显的蓝移现象(偏移7个cm"),这主要是因为相变过程中，破坏了联苯的晶体结构，联苯相应的特征红外吸收峰消失，而在高频处发现了联苯jquid~l)i p henyl对应的红外吸收峰。

2.2.3相变后联苯变温红外光谱研究
2.2.
3.13200—2800cm"频率范围
相变后，联苯在3200-2800cm-'频率范围内的变温红外光谱如图8所示。

联苯一维变温红外光谱研究工作[图8(a)],实验发现：随着测定温度的升高，联苯的吃十心肌“和心呦5对应的红外吸收频率没有明显的变化，而相应的红外吸收强度进一步降低;而进一步研究了相变后联苯的变温二阶导数红外光谱[图8(b)],则得到了同样信息。

相关光谱信息见表4。

2.2.
3.21600〜1400cm"频率范围
相变后，联苯在1600-1400cm'1频率范围内的变温红外光谱如图9所示。

波数/cm"
联苯一维变温红外光谱
联苯二阶导数变温红外光谱
图9相变后联苯变温红外光谱(1600-1400cm-')
联苯二阶导数变温红外光谱
图8相变后联苯变温红外光谱(3200〜2800cm-')首先开展了相变后联苯的变温一维红外光谱的
首先开展了相变后联苯的一维变温红外光谱的研究[图9(a)],实验发现:联苯的心碎冋|(包括: ^&3zC-I-l>iph«iyl>^C=C-2-Diphm)l^C=C-3-Diph«iyl和”C=C4~Diphenyl)对应红外吸强度降低,而相应的红外吸收频率并没有改变。

进一步研究了相变后联苯的变温二阶导数红外光谱[图9 (b)],则得到了同样的红外光谱信息。

相关光谱数据见表4O
2.2.
3.3750〜650cm"频率范围
相变后，联苯在750-650cm-1频率范围内的变温红外光谱如图10所示。

首先开展了相变后联苯的变温一维红外光谱的
・12・杭州化工第49卷
联苯一维变温红外光谱
表4联苯变温红外光谱数据(348〜393K)联苯分子
官能团
联苯一维红外光谱
吸收频率/cm"
348K(393K)
联苯二阶导数红外
光谱吸收频率/cor】
348K(393K)”C—3059(3060)I3060(3060)!
3031(3030)I3031(3030)J
^C^C-l-Diphrnyl1596(1596)I1596(1596)!
1569(1569)11569(1568)!
1481(1481)11481(1481)]
1431(1431)I1431(1431)|
733(733)i733(733)j
§【tifhnyl-Skelrinn695(695)1695(695)1
联苯二阶导数变温红外光谱
图10相变后联苯变温红外光谱(750〜650cm-1)
研究[图10(a)],研究发现:联苯的比心5和沐
泅w对应的红外吸收峰强度降低，而相应的红外吸收频率并没有发生明显的改变。

进一步研究了相变后联苯的二阶导数变温红外光谱[图10(b)],则得到了同样的红外光谱信息。

相关光谱数据见表4。

由表4数据可知,相变后，随着测定温度的升高，联苯主要官能团对应的红外吸收频率基本不变，但相应的红外吸收强度降低。

这主要是因为相变后，联苯主要是以液相存在，而随着测定温度的升高，液相联苯的化学结构基本稳定。

3结论
在3200—2800cm'J600-1400cm4和750〜650cm-'3个频率区间内：联苯同时存在着％卡“如「、“C=GDiphenyl、&1卜舛i henyl和5[坷昨1-Skeleton4种红外吸收模式。

在303〜338K(联苯相变前),338-348K(联苯相变过程中)和348-393K(联苯相变后)3个温度区间内，分别采用变温红外光谱技术研究温度变化对于联苯结构的影响。

实验发现:随着测定温度的升高，破坏了联苯的晶体结构，而343K是联苯晶体结构改变的临界温度，并进_步解释了其相变机理。

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我国科学家开发的重金属快检试纸条已投入使用在国家重点研发计划“食品安全关键技术研发”重点专项的支持下，基于竞争免疫分析原理,我国科学家通过优化重金属元素的螯合物，以重金属元素与螯合剂的螯合产物为半抗原研制特异性抗体,成功开发了铅、镉、汞、铜以及铭等重金属元素的快速检测试纸条，通过进一步的孵化和示范，现已投入使用，应用于粮食、牛奶等日常食品的重金属筛查分析。

该系列快检试纸条与常规试纸条相比，操作简单、特异性好、结果重现性高，检测时间小于半小时，检测灵敏度可达2ng/g,配合定量分析仪可实现2.0-2000ng/g范围内重金属含量的检测，可用于粮油、食品、化妆品、环境以及临床检验中重金属成分的快速检测，市场前景广阔。