Гидратация и межмолекулярные взаимодействия в карбоновых кислотах

Аннотация

В настоящее время наиболее точные и надежные результаты по изучению межмолекулярных взаимодействий для низкомолекулярных соединений и их полимерных аналогов можно получить при комбинации УФ-, видимого и ИК-спектров. Однако при интерпретации результатов межмолекулярных взаимодействий в карбоновых кислотах такой комбинированный метод используется не всегда. Поэтому целью работы явилось исследование межмолекулярных процессов в карбоновых кислотах и их гидратационных свойств методами УФ-, видимой и ИК‑спектроскопии.
В данной работе представлены результаты исследований межмолекулярных взаимодействий и гидратации в карбоновых кислотах методами УФ-, видимой и ИК-спектроскопии микроскопической методики кривых набухания/сжатия гранул сорбентов со слабокислотными –СООН-группами в реакциях обмена R-COOH+NaOH↔R-COO-Na⁺+H₂O.
Установлено, что в димерах воды наблюдается Н-связь, обусловленная кулоновской, обменной, переноса заряда, поляризационной, дисперсионной составляющими для полной энергии водородных связей. Апробированы формулы для расчета энергии Н-связи, энтальпии, силовых постоянных Н-связи и ОН-связи, удлинения ковалентной связи. Предложена формула для расчета расстояния R_CH2…O, длины Н-связи между донором и акцептором протона по данным валентных колебаний в ИК-спектрах карбоновых кислот. Уточнены характеристические частоты валентных и деформационных колебаний отдельных Н-связей и функциональных групп в жирных кислотах. Впервые подтверждена возможность образования 5-ти и 6-ти членных циклов, обусловленных образованием Н-связей между
СН₂-группами цепи и –СООН-концевыми группами карбоновых кислот.
Установление электронных и колебательных характеристических частот в УФ- и ИК-спектрах использовано для определения межмолекулярных взаимодействий в ионитах КБ-2 и КБ-4. Микроскопический и микрофотографический способы исследования набухания отдельных гранул карбоксильных катионитов позволили зафиксировать наличие внешней оболочки R-COO^–…Me⁺ и внутренней оболочки R-COOH при реакциях обмена: R-COOH+Me⁺+OH^–↔
R-COO^–…Me⁺+H₂O.

ЛИТЕРАТУРА

1. Тиноко И., Зауэр К., Вэнг Дж., Паглиси Дж. Физическая химия. Принципы и применение в
биологических науках. М.: Техносфера; 2005. 743 с.
2. Пиментел Д. К., Мак-Клеллан О. Л., Мак-Клеллан О. Водородная связь. М.: Мир; 1964. 462 с.
3. Дехант И., Данц Р., Киммер В., Шмольке Р.Инфракрасная спектроскопия полимеров. М.: Хи-
мия; 1976. 472 с.
4. Беккер Ю. Спектроскопия. М.: Техносфера; 2009. 526 с.
5. Цундель Г. Гидратация и межмолекулярное взаимодействие. М.: Мир; 1972. 404 с.
6. Углянская В. А., Чикин Г. А., Селеменев В. Ф., Завьялова Т. А. Инфракрасная спектроскопия ионообменных материалов. Воронеж: ВГУ; 1989. 208 с.
7. Казицына Л. А., Куплетская Н. Б. Применение ИК-, УФ-, ЯМР-спектроскопии в органической химии. Учеб. пособие для вузов. М.: Высш. Школа; 1971. 248 с.
8. Селеменев В. Ф., Котова Д. Л., Орос Г. Ю., Хохлов В. Ю. Процессы пересыщения и способы
выделения аминокислот на ионообменниках. Сорбционные и хроматографические процессы.
2013;13(5): 623–633. Режим доступа: https://journals.vsu.ru/sorpchrom/article/view/1684/1740
9. Селеменев В. Ф., Хохлов В. Ю., Бобрешова О. В., Аристов И. В., Котова Д.Л. Физико-химические основы сорбционных и мембранных методов выделения и разделения аминокислот. Воронеж. ВГУ; 2002. 300 с.
10. Бабков Л. М., Пучковская Г. А., Макаренко С. П., Гаврилко Т. А. ИК-спектроскопия молекулярных кристаллов с водородными связями. Киев: Наукова думка; 1989. 160 с.
11. Селеменев В. Ф., Назарова А. А., Синяева Л. А., Зяблов А. Н., Попов В. Н. Процессы взаимодействия с участием высших карбоновых кислот. Сорбционные и хроматографические процессы.
2013;13(3): 307–312. Режим доступа: https://journals.vsu.ru/sorpchrom/article/view/1647/1702
12. Мур Р., Флик Дж. Влияние концентрации воды на механические и реостатические свойства
полиметилметакрилата. В кн.: Вода в полимерах. М.: Мир; 1984. c. 513–527.
13. Шамрицкая И. П., Матвеева М. В. Микрофотографический метод изучения кинетики набухания ионообменных смол. Теория и практика сорбционных процессов. Изд.: ВГУ; Воронеж. 1971. Т. 5. с. 61–64.
14. Броейр М., Бюра Е., Фуксон А. Изменение объема при связывании воды фибриллами волос.
В кн.: Вода в полимерах. М.: Мир; 1984. с. 304–314.
15. Штыков С. Н. Люминесцентный анализ в организованных средах. В кн.: Проблемы анали-
тической химии. М.: Наука, 2015. T. 19. c. 121–155.
16. Erdey-Grűz T. Grundlagen der Strukrur der Materie. Leipzig: Teubner; 1967. 498 p. DOI:
https://doi.org/10.1007/978-3-663-02531-3
17. Досон Р., Эллиот Д., Эллиот У., Джонс К. Справочник биохимика. М.: Мир; 1991. 543 с.
18. Морис П. Поверхность и межфазные границы в окружающей среде. От наноуровня к глобальному масштабу. М.: Бином. Лаборатория знаний; 2015. 540 с.
19. Беккер Ю. Хроматография. Инструментальная аналитика: методы хроматографии и капиллярного электрофореза. М.: Техносфера; 2009. 472 c.
20. Джатдоева А. А., Полимова А. М., Проскурнина Е. В., Проскурнин М. А., Владимиров Ю. А.
Определение липидов и продуктов их окисления методом ИК-спектроскопии. Журнал аналитической химии. 2016, 71(6): 570–576. DOI: https://doi.org/10.7868/S0044450216060050
21. Max J.-J., Chapados C. Infrared spectroscopy of aqueous carboxylic acids: Comparison between
different acids and their salts. J. Phys. Chem. A.2004;108: 3324–3337. DOI: https://doi.org/10.1021/jp036401t