长链单不饱和脂肪醇乙酸酯红外和拉曼光谱的研究

长链脂肪酸、醇及其酯与多种功能材料密切相关，如表面活性剂、生物膜、昆虫激素、储能材料等。链结构的变化对材料性能的影响，引起化学家的广泛兴趣。弄清链结构变化与光谱之间的关系，对探讨材料结构与性能的关系、异构体的鉴别有着重要的理论意义和实际用途。长链单不饱和脂肪醇乙酸酯作为鳞翅目昆虫的性外激素，有着重要的实用价值。有关该类化和物的红外光谱和拉曼光谱以及简正坐标分析在国内外尚未见报导。我们详细探讨了该类系列化和物共11个的红外光谱和拉曼光谱振动频率及其强度与结构的变化关系，并以顺－3－已烯－1－醇乙酸酯为模形进行了简正坐标分析。第一部分研究了系列化合物的红外和拉曼光谱对11个化合物在室温（液态）和低温（固态）的红外光谱及室温时拉曼光谱进行了观测和研究。一、谱带归属参考有观文献及我们所作的简正作标分析，将本系列化合物振动光谱谱带进行归属。C＝O为极性基团，其伸缩振动在红外光谱中呈现强吸收带。双键C＝C伸缩和和甲基、亚甲基中C－H伸缩、亚甲基变形在拉曼光谱中为强散射带。因此红外与拉曼光谱相配和有助于区分这类化和物。二、系列化合物的光谱差异在室温下，各异构体的红外和拉曼光谱都相似，难以区分不同的异构体。但低温固态的红外光谱则有明显差别，可用于异构体的结构判别。低温红外光谱中1500～1300cm~(-1)甲基、亚甲基的变角振动区，1050cm~(-1)附近的C－O伸缩振动区1000cm~(-1)以下亚甲基平面摇摆振动及C＝O面外变形振动有差别，这些差别不仅表现为谱带分裂数目不同，而且相对强度也不同。三、谱带位移双键插入分子链中引起某些红外特征频率移动。在室温下，亚甲基平面摇摆振动720cm~(-1)区随亚甲基链-(-CH_2-)-_m、-(-CH_2-)-_nm，n的增加向低频方向移动。而在低温固态时，除亚甲基平面摇摆振动频移外，C－O－C反对称伸缩振动1250cm~(-1)区随m，n的增大移向高频，与饱和脂肪酸酯中该频率位移方向相反。＝C－C反对称伸缩970cm~(-1)区也随n的增加移向高频，与m的增加无关。四、红外光谱强度双键的存在也影响了亚甲基伸缩振动的红外吸收强度。双键的嵌入破坏了亚甲基链的连续性，亚甲基对称伸缩的相对强度I_(2857)/I_(2957)与亚甲基链长总数无直接关系，而与连续亚甲基链长m，n有线性关系。m，n之一增大时，相对强度增强，当链长一定，双键位置在链中移动时，双键位于碳链中间时，相对强度最低。因此亚甲基对称伸缩红外吸收相对强度由连续亚甲基链-(-CH_2-)-_m -(-CH_2-)-_n中m、n的大小和双键所在位置决定。五、拉曼光谱强度系列化合物碳链长度及双键位置对拉曼光谱散射强度也有规律性影响。双键的存在使亚甲基的振动模式的散射强度不是单个亚甲基的简单加和，而与m，n有关。m，n之一增大时，亚甲基对称伸缩相对强度I_(2851)/I_(2871)增强。m，n的增大对相对强度的影响程度不同，m增大时所引起的相对强度增强速度更快，是n的1.7倍左右。因此，利用这些工作曲线，接合某些物性资料，可以估计该类未知化合物的双键位置和链长。第二部分对该类化合物进行了简正坐标分析。我们以顺－3－已烯醇－1－乙酸酯为模型，对长链单不饱和脂肪醇乙酸酯进行了简正坐标分析，选取局部对称的U－B力场，应用NRCC程序，得到一套使分子中各特征基团的计算频率与观测值同时符合得很好的力常数和相互作用力常数。顺-3-已烯-1-醇乙酸酯的结构式：CH_3CH_2HC=CHCH_2CH_2-O-C = O 模型化合物分子含有三种基团：C = C、 -C = O、CH_3-CH_2-。无整体对称性。将它们进行了局部对称化，胺局部对称的U-B力场选取了相应的初始力常数。C－H伸缩振动，计算计算频率与观测值符合的非常好，势能分布很集中。各振动模式间偶合作用很小。甲基的两种简并伸缩模式，Takehike等认为不能区分，只给出一个力常数。实际上这是两种不同的振动模式。我们给出了各自的力常数。振动频率分别为2952cm~(-1)、2930cm~(-1)。甲基和亚甲基各振动模式，计算结果与实验值吻合的很好。应用局部对称坐标组合后，各振动模式之间相互作用较小，势能分部较集中。甲基变形振动与伸缩振动一样，Takahiko对两种简并的弯曲和摇摆振动只分别给出了一个力常数，指认其振动频率为1460cm~(-1)、1150cm~(-1)。我们的结果区分了这四种不同的振动模式，相应得到四个力常数和各自的振动频率14680cm~(-1)、1460cm~(-1)及1088cm~(-1)、1026cm~(-1)。亚甲基的剪式变形，面内摇摆及面外摇摆分别为1439cm~(-1)、1302cm~(-1)、726cm~(-1)。其扭曲变形和弯曲变形不是强峰，不作为鉴别亚甲基的特征峰。饱和烷烃中C－C伸缩模式，指认很不统一，Snyder等认为在1060cm~(-1)左右；Takehiko等认为在830cm~(-1)附近。我们的结果为901cm~(-1)，红外和拉曼光谱峰都很弱，不宜作为特征基团频率使用 。双键部分的振动，计算频率与观测值符合的很好。我们给出了双键部分与对称与反对称振动的力常数。＝C－H面内对称与反对称变形振动频率分别为1263cm~(-1)、1397cm~(-1)。面外对称与反对称变形分别是784cm~(-1)、887cm~(-1)。它们的势能分布较低。＝C－C对称与反对称伸缩分别为859cm~(-1)、975cm~(-1)。势能分布较文献的结果高得多。有关C＝O部分观测频率数目较少，计算值与实验值符合得很好。但其中一个C－O伸缩模式相差较大，且势能分布很低。