烷基链长度对二乙二醇单烷基醚与乙醇二元混合物中分子相互作用的影响

《Journal of Molecular Liquids》：Influence of alkyl chain length on molecular interactions in binary mixtures of diethylene glycols of monoalkyl ethers and ethanol

通过介电、体积和FTIR光谱评估了二乙二醇单甲基、单乙基、单丁基醚与乙醇的氢键相互作用，发现介电参数和异分子相互作用随烷基链增长而增强，FTIR证实存在非经典氢键。

　　本文探讨了三种二乙二醇单烷基醚（DEGMME、DEGMEE 和 DEGMBE）与乙醇的二元混合物在氢键相互作用方面的特性。通过结合介电、体积和傅里叶变换红外光谱（FTIR）等多学科方法，研究人员深入分析了这些分子在不同链长下的相互作用模式，揭示了氢键对混合物性能的显著影响。该研究不仅为理解溶剂混合物的行为提供了新的视角，也为开发新型工业溶剂、表面活性剂和洗涤剂提供了理论支持和实验依据。

二乙二醇单烷基醚是一类具有广泛应用的有机化合物，其分子结构中包含多个氢键供体和受体位点。例如，DEGMME 的分子式为 CH?OCH?CH?OCH?CH?OH，DEGMEE 为 CH?CH?OCH?CH?OCH?CH?OH，而 DEGMBE 为 CH?CH?CH?CH?OCH?CH?OCH?CH?OH。这些化合物因其良好的溶解性能和较低的毒性，被广泛用于化工、制药、生物和实验室等领域。然而，其在混合体系中的行为尚未完全被理解，尤其是与极性溶剂如乙醇之间的相互作用机制。

研究采用了多种实验方法来系统地评估这些混合物的氢键相互作用。首先，介电方法被用于分析混合物的电学特性。介电参数包括静态介电常数（ε?）、介电弛豫时间（τ）以及超额参数，如超额静态介电常数（ε?^E）、高频率超额介电常数（ε∞^E）和超额摩尔体积（V^E）。这些参数的变化反映了分子间相互作用的强度和性质。例如，静态介电常数的升高通常表明分子间存在较强的极化效应，而介电弛豫时间的变化则与分子的动态行为密切相关。此外，超额参数的分析进一步揭示了混合物中分子间作用的非理想性，这可能是由于氢键的形成所引起的。

介电方法不仅能够提供混合物的宏观电学行为，还能通过频率依赖的介电谱揭示分子在微观层面的动态过程。在频率域（FD）测量中，研究团队利用低频范围（20 Hz 到 2 MHz）的介电光谱来分析混合物的极化机制。实验结果表明，这些二乙二醇单烷基醚在低频区域表现出显著的电极极化（EP）效应，这与它们的分子结构和极性有关。此外，高频率区域的介电行为则主要反映了分子内部的偶极子重排过程，这与氢键的形成和断裂密切相关。

在时间域（TD）测量中，研究团队使用了时间域反射计（TDR）技术来研究混合物在更宽频率范围（10 MHz 到 50 GHz）内的介电弛豫特性。TDR 技术能够提供关于分子弛豫过程的详细信息，尤其是在较高频率下，分子的运动速度和相互作用方式会显著改变。实验发现，随着烷基链长度的增加，氢键相互作用的强度也随之变化，这表明链长对混合物的氢键行为具有重要影响。

FTIR 光谱分析则为研究分子间氢键提供了重要的化学信息。通过分析红外光谱中的吸收峰位移和强度变化，研究人员能够确定不同分子在混合体系中的氢键参与情况。例如，羟基（–OH）和醚基（–O–）的吸收峰可能因氢键的形成而发生移动或增强，这为理解分子间相互作用提供了直观的证据。此外，FTIR 还揭示了非经典的氢键行为，这可能涉及到分子间或分子内复杂的相互作用网络。

从实验结果来看，随着烷基链长度的增加，氢键相互作用的强度显著增强。这可能是因为较长的烷基链增加了分子的极性，从而促进了氢键的形成。同时，异分子间氢键的强度也随链长变化而变化，这进一步表明链长对混合物的性能具有重要的调控作用。此外，介电弛豫时间的变化也表明，随着链长的增加，分子的动态行为变得更加复杂，这可能是由于氢键网络的形成和断裂过程所导致的。

在实际应用中，这些混合物的性能可能受到氢键相互作用的显著影响。例如，氢键的形成可能会影响混合物的溶解性、粘度和表面张力等物理化学性质。因此，深入理解这些相互作用机制对于优化混合物的性能和开发新的应用具有重要意义。此外，研究还表明，氢键相互作用不仅限于经典模式，还可能存在非经典的相互作用方式，这为进一步研究分子间作用提供了新的方向。

综上所述，该研究通过多学科方法系统地分析了三种二乙二醇单烷基醚与乙醇的氢键相互作用，揭示了链长对混合物性能的影响。这些发现不仅有助于理解溶剂混合物的微观行为，也为相关领域的应用提供了理论支持和实验依据。未来的研究可以进一步探讨不同链长和不同极性溶剂对氢键相互作用的影响，以及这些相互作用如何影响混合物的宏观性能。