二甲基亚砜对乙酸气相色谱保留时间的影响及其机理

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.210175

摘要/Abstract

摘要：

通过气相色谱、红外光谱分析和量子化学计算，探究溶于二甲基亚砜（DMSO）中乙酸保留时间发生波动的原因。结果显示，乙酸保留时间变化与DMSO体积等量递增呈线性关系，R²=0.99301；根据红外光谱分析得出，DMSO和乙酸之间生成了氢键，以DMSO-乙酸分子的形式通过色谱柱；根据Gaussian09程序计算结果，DMSO电子密度大的部分给予电子，与乙酸之间形成了氢键，而DMSO电子密度小的部分容易获得电子与具有强偶极矩的色谱柱固定液聚乙二醇产生作用力，吸附在固定液上。因此，在上述一系列复杂的分子间作用力的共同影响下，乙酸保留时间发生了波动，且随着溶剂DMSO体积比增加，乙酸保留时间不断延长。

关键词: 气相色谱, 保留时间, 二甲基亚砜, 乙酸, 氢键

Abstract:

The mechanism for the fluctuation of the retention time of acetic acid dissolved in dimethyl sulfoxide （DMSO） was explored through gas chromatography， infrared spectroscopy， and quantum chemical calculations. Our results indicate that the change in retention time of acetic acid is linearly related to the increase of the volume of DMSO （R²=0.99301）. Infrared spectroscopy analysis shows that a hydrogen bond is formed between DMSO and acetic acid， which passes through the column in the form of DMSO-acetic acid molecules. According to the calculation results of the Gaussian09 program， the high electron density portion of DMSO gives electrons and forms a hydrogen bond with acetic acid， while the portion with the low electron density can easily obtain electrons and form bonds with polyethylene glycol， a column stationary phase with a strong dipole moment， and then adsorb on the fixed liquid. Therefore， under the combined influence of this series of complex intermolecular forces， the retention time of acetic acid fluctuates， and the retention time of acetic acid increases together with the volume ratio of the DMSO solvent.

Key words: Gas chromatography, Retention time, Dimethyl sulfoxide, Acetic acid, Hydrogen bond

中图分类号:

O657

牧仁, 那顺, 那仁朝格图, 李重九. 二甲基亚砜对乙酸气相色谱保留时间的影响及其机理[J]. 应用化学, 2022, 39(5): 852-854.

Ren MU, Shun NA, Natsagdorj NARANTSOGT, Chong-Jiu LI. Effect of Dimethyl Sulfoxide on the Retention Time of Acetic Acid in Gas Chromatography and Its Mechanism[J]. Chinese Journal of Applied Chemistry, 2022, 39(5): 852-854.

图/表 3

图1 梯度DMSO-水溶液中，DMSO的SO键伸缩振动频率移动情况

Fig.1 Infrared spectrum of SO in gradient DMSO-water solution

表1 乙酸、DMSO与水的三相体系中各分子团在红外光谱分析中变化情况

Table 1 The changes of each molecular group in the three?phase system of acetic acid， DMSO and water in infrared spectroscopy analysis

项目 Project	二甲基亚砜（SO） DMSO（SO）	乙酸（—OH） CH₃CHOH（—OH）	乙酸（CO） CH₃CHOH（CO）
特征峰 Characteristic peaks	1010	1270	1700
5%CH₃COOH	1016←1010 ^a	1277→1258 ^b	1715←1700 ^a
20%CH₃COOH	1014←1010 ^a	1275→1252 ^b	1715←1700 ^a
50%CH₃COOH	1010→1003 ^b	1264→1237 ^b	1711←1700 ^a

图2 乙酸保留时间变化与DMSO水和NMP水的体积比线性拟合关系

Fig.2 Linear fitting relationship between the change of acetic acid retention time and the volume ratio of DMSO water to NMP water

1	ZHANG Y， CHEN G， GU J， et al. A theoretical study on dimerization and dissociation of acetic acid in ethanol solvent［J］. Comput Theor Chem， 2020， 1191： 113029-113038.
2	ARUNAN E， DESIRAJU G R， KLEIN R A， et al. Definition of the hydrogen bond （IUPAC Recommendations 2011）［J］. Pure Appl Chem，2011， 83（8）： 1637-1641.
3	CHANG X， ZHANG Y， WENG X， et al. Red-shifting versus blue-shifting hydrogen bonds： perspective from ab initio valence bond theory［J］. J Phys Chem A， 2016， 120（17）： 2749-2756.
4	PANUSZKO A， BRUŹDZIAK P， ŚMIECHOWSKI M， et al. DMSO hydration redefined： unraveling the hydrophobic hydration of solutes with a mixed hydrophilic-hydrophobic characteristic［J］. J Mol Liq， 2019， 294： 111661-111672.
5	FORESMAN B J， FRISCH E. Exploring chemistry with electronic structure methods［M］. Second Edition. Pittsburg： Gaussian Inc， 1996： 165-172.

[1]	张伟强, 王晨, 赵玉荣, 王栋, 王继乾, 徐海. 短肽超分子自组装驱动力及调控策略的研究发展[J]. 应用化学, 2022, 39(8): 1190-1201.
[2]	郑泉兴, 李巧灵, 张柯, 周培琛, 刘江生, 刘秀彩, 黄朝章, 李斌, 许寒春, 蓝洪桥, 刘加增, 马鹏飞, 谢卫, 伊晓东. 植物纤维的热裂解过程[J]. 应用化学, 2022, 39(7): 1073-1082.
[3]	蔡冬清, 张靖, 吴庆川, 叶静宏, 汪林颖, 王冬芳. 凹凸棒土基纳米控失毒死蜱的制备及其应用[J]. 应用化学, 2022, 39(11): 1774-1782.
[4]	解晓明, 张嘉琦. 氢键作用驱动原花青素构筑水基抗菌黏合剂[J]. 应用化学, 2022, 39(10): 1533-1542.
[5]	张红彦, 杨孟芝, 姜春勇, 蔡小华. 醋酸铜催化硝基芳烃的还原甲酰化:一种简便价廉的甲酰胺合成策略[J]. 应用化学, 2021, 38(12): 1632-1638.
[6]	李孟微, 王红言, 王莹莹, 康晓颖, 刘美芳, 陈于蓝. 基于偶氮苯-4，4'-二羧酸衍生物的水相超分子自组装[J]. 应用化学, 2021, 38(10): 1362-1370.
[7]	李英俊, 杨鸿境, 曹欣, 高立信, 靳焜, 盛丽, 刘季红, 刘雪洁, 李佳. 3,6-二取代三唑并噻二唑衍生物的合成及其对细胞分裂周期25B磷酸酶和蛋白酪氨酸磷酸酶1B抑制活性评价[J]. 应用化学, 2020, 37(9): 994-1002.
[8]	王圳锟, 吴仲岿, 缪林辉, 徐兵, 朱哲, 代思雨. 倍半硅氧烷/改性乙烯-乙酸乙烯酯共聚物复配降凝剂对蜡油倾点的影响[J]. 应用化学, 2020, 37(7): 0-.
[9]	王圳锟, 吴仲岿, 缪林辉, 徐兵, 朱哲, 代思雨. 倍半硅氧烷/改性乙烯-乙酸乙烯酯共聚物复配降凝剂对蜡油倾点的影响[J]. 应用化学, 2020, 37(7): 772-777.
[10]	马浩, 赵雪, 李坤兰, 邵国林, 安庆大, 杨丽玉, 魏立纲. 硅烷基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺离子液体气相色谱固定相的性能评价[J]. 应用化学, 2020, 37(4): 447-454.
[11]	郭洪辰, 秦玉升, 王献红. 乙酸/氧气法高效合成取代卟啉[J]. 应用化学, 2020, 37(3): 264-270.
[12]	余佳芮, 陈帅, 辛星, 徐景坤. 二甲基亚砜改性聚(3,4-乙撑二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸薄膜的研究及应用进展[J]. 应用化学, 2020, 37(12): 1343-1356.
[13]	程尹杰, 张路, 胡仁杰, 王莹, 金学昕, 仇硕, 张颢严, 姜大伟. 氢键型碳纳米管增强自修复复合材料的制备和表征[J]. 应用化学, 2020, 37(10): 1147-1155.
[14]	夏颖, 夏菁, 崔洪燕, 钱明, 张留伟, 陈麒先, 王静云. 同源细胞膜包覆智能释药纳米粒用于肝癌靶向治疗[J]. 应用化学, 2020, 37(1): 69-79.
[15]	王黎明,穆宏文,卢栋泽,李雪涛,李彤,金瑛. 有机催化异氰基乙酸甲酯与芳香醛亚胺的不对称Mannich反应[J]. 应用化学, 2019, 36(7): 758-763.