N-甲基乙酰胺与聚乙二醇二元体系的分子相互作用机制：基于物理化学性质与FTIR光谱的实验与理论研究

本研究通过测定N-甲基乙酰胺(NMA)与聚乙二醇(PEG 200/300/400)混合体系的密度(ρ)和声速(u)，结合Jouyban-Acree模型和PC-SAFT理论，系统分析了分子间相互作用机制。研究发现，通过计算超额摩尔体积VmE、超额等熵压缩率κsE等参数，结合FT-IR光谱验证，揭示了NMA与PEG间氢键和偶极相互作用对混合物性质的影响，为聚合物改性及生物材料设计提供了理论依据。

　　

在化学工程和材料科学领域，理解混合溶剂中分子间的相互作用机制对设计高性能材料至关重要。聚乙二醇(PEG)作为一种绿色溶剂，因其非挥发性、生物相容性等特性，广泛应用于制药和生物材料领域；而N-甲基乙酰胺(NMA)作为肽类模拟物，其强氢键能力对研究蛋白质界面行为具有重要意义。然而，两者混合体系的相互作用机制尚不明确，限制了其在共聚物合成等工业应用中的精准调控。

印度Spectrochem公司和Thomas Baker公司的研究人员在《Journal of Molecular Liquids》发表论文，通过实验与理论相结合的方法，系统研究了NMA与不同分子量PEG(200/300/400)的二元混合体系。研究采用密度和声速测量技术，结合Jouyban-Acree模型进行数据拟合，并运用扰动链统计缔合流体理论(PC-SAFT)预测体系热力学行为，同时通过FT-IR光谱从分子层面验证相互作用类型。

关键技术包括：(1)在293.15–323.15 K温度范围内测定ρ和u；(2)计算V_m^E、κ_s^E等超额参数；(3)PC-SAFT模型预测密度和超额摩尔体积；(4)FT-IR分析氢键特征峰位移。

分子相互作用的热力学表征
研究发现，所有混合体系的V_m^E均为负值，表明NMA与PEG间存在强相互作用导致体积收缩。其中PEG 400混合体系的V_m^E绝对值最大，提示分子量增加会增强相互作用。κ_s^E的负值进一步证实了体系压缩性降低源于氢键网络形成。

PC-SAFT模型的适用性
PC-SAFT通过引入二元相互作用参数k_ij，能准确预测混合密度(平均偏差<0.5%)。拟合方法对V_m^E的预测优于纯预测模式，表明温度依赖的k_ij对描述NMA-PEG缔合行为至关重要。

光谱学证据
FT-IR显示NMA的C=O伸缩振动峰从1645 cm^-1红移至1632 cm^-1，而PEG的O-H峰从3480 cm^-1蓝移至3505 cm^-1，直接证明了NMA的C=O与PEG的O-H形成异分子氢键，且该相互作用强于PEG自身的分子间氢键。

该研究不仅为NMA-PEG体系的工业应用提供了完整的物性数据库，更通过多尺度研究方法揭示了分子量对相互作用强度的调控规律。PC-SAFT模型的成功应用为复杂混合体系的性质预测提供了新思路，而氢键作用的实验验证对设计生物相容性材料具有重要指导意义。研究结果可拓展至药物载体、智能聚合物等领域，实现材料性能的精准定制。