Интерпрeтация ИК-спектров полиэфиримидов на основе спектров модельных соединений Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

Химия

Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского, 2013, № 5 (1), с. 133-135

133

УДК 539.19

ИНТЕРПРEТАЦИЯ ИК-СПЕКТРОВ ПОЛИЭФИРИМИДОВ НА ОСНОВЕ СПЕКТРОВ МОДЕЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

© 2013 г. И.М. Колядко, А.Б. Ремизов

Казанский национальный исследовательский технологический университет

irina-kolyadko@rambler.ru

Постуб2ла в ре0акц2ю 09.01.2013

Изучены ИК-Фурье-спектры поглощения модельных соединений: дифенилового эфира, 2,2-дифенилпропана, фталимида и ^-фенилфталимида, строение которых близко к строению фрагментов звена многих полиэфиримидов. На основании спектров модельных соединений проведена интерпретация колебательного спектра полиэфиримида.

Ключевые слова: ИК-Фурье-спектроскопия,

дифенилпропан, фталимид и ^-фенилфталимид.

Введение

Полиэфиримиды являются перспективными материалами для мембранной технологии и находят широкое применение в производстве мембран, предназначенных для разделения жидкостей и газов. Они отличаются высокой термической и химической стабильностью, высокой адгезией, обладают хорошей растворимостью и механической прочностью. Ранее с использованием ИК-спектроскопического метода конфор-мационно-неоднородных зондов были изучены свободный объем и локальная подвижность полиэфиримидов [1]. Показано, что большой вклад в формирование свободного объема вносят повороты фенильных колец макромолекул вокруг осей, проходящих через О-С6Н4-С(СН3)2, К-СбН-Ч СбН-С№)2 и т.д.

ИК-спектры полиэфиримидов сложны, что характерно для спектров полимеров; их однозначная интерпретация затруднительна. Анализ спектров полимеров можно провести с использованием модельных соединений, близких по структуре к отдельным фрагментам мономерного звена макромолекулы. В данной работе проведена интерпретация ИК-Фурье-спектра полиэфиримида, условно обозначенного как ПЭИ-5. Для изучения типов локальной подвижности полиэфиримидов в качестве таких модельных соединений были выбраны молекулы дифени-лового эфира (ДФЭ), 2,2-дифенилпропана (ДФП), фталимида (ФИ) и #-фенилфталимида (ФФИ). Структура этих соединений содержит фенильные и фталимидные кольца (рис. 1), поэтому для спектров характерны полосы поглощения этих фрагментов, которые имеются в макромолекуле полиэфиримида ПЭИ-5.

полиэфиримид, дифениловый эфир, 2,2-

Экспериментальная часть

Образцами для ИК-спектроскопического исследования были низкомолекулярные соединения: дифениловый эфир (фирмы ACROS О^а-nics, чистота 99%, температура плавления 1150С), при комнатной температуре находится в кристаллическом состоянии (порошок); 2,2-дифенилпропан (фирмы Fluka, температура кипения 1100С, температура плавления 22-280С, чистота > 96%), при комнатной температуре находится в жидком состоянии; N фенилфталимид (фирмы Sigma-Aldrich, температура плавления 204-2070С, чистота > 98%), при комнатной температуре находится в твердом состоянии; фталимид (фирмы Sigma-АЫп^, чистота 99%, температура плавления 2380С), при комнатной температуре находится в кристаллическом состоянии (порошок). Поли-эфиримид ПЭИ-5 (температура стеклования 2200С) - аморфный стеклообразный полимер, синтезированный по методике, описанной в работе [2].

В качестве растворителей использовали хлороформ (фирмы ЭКРОС, химически чистый), четыреххлористый углерод (фирмы ЭКОС-1, химически чистый) без дополнительной очистки.

Для анализа устойчивых конформеров были зарегистрированы ИК-Фурье-спектры модельных соединений в жидком и кристаллическом состояниях. Исследовался диапазон волновых чисел от 4000 до 400 см-1 с шагом 1 см-1. Для получения кристаллических образцов фталими-да и #-фенилфталимида прессовали таблетки с КВг и готовили суспензии в вазелиновом масле. Для образцов дифенилового эфира и 2,2-дифенилпропана были получены кристаллические пленки между пластинами КВг путем охлаждения жидкостей от комнатной температуры

13

4~

И.М. Колядко, А.Б. Ремизов

Таблица

ИК-спектры поглощения полиэфиримида ПЭИ-5 и модельных соединений

Полиэфиримид ПЭИ-5 Модельные соединения Интерпретация

ФИ ФФИ ДФП ДФЭ

1776 с 1774 с 1780 с и (С=О)

1738 ~1

1724ос 1752ос 1717 Ь°с иа, (С=О)

1619с 1604 сл 1608 сл 1599 с 1588 с 8а *

1600 с 1590 ср 1594 с 1582 с 8Ь *

1516с

1505с 1506осл 1508ср 1494 с * а 9

1479 с 1469 сл 1467 ср 1471 ср 1486 ос ■СН-, 5(СН3)

1445 ср 1444 с 1456 ср 19Ь *, 5(СН3)

1388 ос 1386 ос 1382 с

1360 ос 1376 пл 1363 с

1356 пл ФИ и 5(СН3)

1334 ср

1288 пл 1287осл 1284 с 1290 сл 1290 с 3*

1275 с

1239с 1231 с 1239 ос С(8Р3)-С(8Р2),

С-О

1218 пл 1212осл и(С-ЪГ)

1173 ср 1186 сл 1175 с 1189 сл 1178 сл 9а*, и(С-Ы)

1156 сл 1140 сл

1119сл

1080 ср 1070 сл 1083 ср 1064 ср 1072 с * -С 8

1014 сл 1019 осл 1005 ср 1004 осл 18а*

951 сл и(С-С)

938 осл 937 ср

929 ср

848 ср 848 ср и(С-ЪГ)

830 ср

796 осл 804 осл 793 ср 791 с 801 ср

782 осл 795 ср 772 с 748/753 с

743 ср 750 ср 754 ос

713 осл 715 ос 717 с ?- 4 *

694 ср 669 ср 704 с _г4

648 с 628 ср 657 сл 6Ь *

* Обозначения Вильсона для колебаний бензольного кольца, и - валентные колебания, 5 - деформационные колебания, частоты колебаний в см-1, ос - очень сильная, с - сильная, ср - средняя, сл - слабая, осл - очень слабая, пл - плечо.

СНз

О]

д

Рис. 1. Структурные формулы соединений: а - полиэфиримида ПЭИ-5, б - і¥-фенилфталимида, в - дифенилового эфира, г - 2,2-дифенилпропана, д - фталимида

Н

О

в

г

до температуры кристаллизации. Жидкий обра- ва между пластинами КВг и растворов в раство-зец #-фенилфталимида был получен из распла- рителях различной полярности.

Волновое число, см’

Рис. 2. ИК-Фурье-спектры: стеклообразного ПЭИ-5 (а) и жидких jV-фенилфталимида (б), дифенилового эфира (в), 2,2-дифенилпропана (г)

Результаты и их обсуждение

Если в жидком состоянии обычно представлены все конформации, то в кристалле некоторые конформации могут исчезнуть. В нашем случае при сравнении зарегистрированных спектров низкомолекулярных соединений в кристаллическом и жидком состояниях исчезновения полос поглощения не наблюдалось. В кристаллическом состоянии некоторые полосы поглощения расщепились, что связано с сужением и снятием вырождения полос. Можно говорить о том, что все модельные соединения в жидком и кристаллическом состояниях находятся в одной устойчивой конформации.

На рис. 2 представлены фрагменты ИК-Фурье-спектров исследуемых модельных соединений в жидкой фазе и полиэфиримида ПЭИ-5 в стеклообразном состоянии в области 500-1900 см-1. Сравнение представленных спектров указывает на совпадение некоторых частот низкомолекулярных соединений и соответствующих частот полиэфиримида ПЭИ-5. Часто-

ты ИК-полос поглощения пленки ПЭИ-5 и модельных соединений в жидкой фазе сведены в таблицу, в которой дается отнесение частот наиболее значимым колебаниям. При интерпретации использована классификация колебаний различных замещенных бензола по Вильсону [3]. Таким образом, сравнительный анализ спектров модельных соединений и полимера в основном позволяет интерпретировать спектр полиэфиримида.

Работа выполнена при финансовой поддержке ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (соглашение№ 14.B37.21.2039).

Список литературы

1. Галимуллин Д.З., Камалова Д.И., Колядко И.М. и др. // Ученые записки КГУ. Сер. физ.-мат. науки. 2006. Т. 148. С. 99-108.

2. Вгита М., Натсшс Е., Yampolskii Yu.P. et а1. // Мо1. С^. Liq. С^. 2004. V.418. Р. 739-747.

3. Свердлов Л.М., Ковнер М.А., Крайнов Е.П. Колебательные спектры многоатомных молекул. М.: Наука, 1970. 559 с.

INTERPRETATION OF FTIR SPECTRA OF POLYETHERIMIDES ON THE BASIS OF SPECTRA OF MODEL COMPOUNDS

I.M. Kolyadko, A.B. Remizov

The FTIR absorption spectra of the model compounds: diphenyl ether, 2,2-diphenylpropane, phthalimide, and N-phthalimide are studied. The spectra of these compounds, whose structure is close to that of fragments of many polyethe-rimides, are used to interpret the polyetherimide vibration spectrum.

Keywords: Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, polyetherimide, diphenyl ether, 2,2-diphenylpropane, phthalimide and N-phthalimide.