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丙炔基氯衍生物之照光反應

3-氯基-3-甲基-1-丁炔氣化,使用 Ar 稀釋,其濃度比為 200:1 (Ar:sample),利用汞燈 燈源進行照射,燈源距離為 16 公分,進行照光反應。

(C-Cl)鍵均勻斷裂後形成 C5H7自由基和氯自由基後,兩者結合速率太快導致 於 C5H7自由基在未發生共振之前就結合形成 3-氯基-3-甲基-1-丁炔,其二為 3-氯基-3-甲基-1-丁炔在氬間質光化學反應中碳-氯(C-Cl)鍵並未均勻斷裂形成 C5H7自由基及氯自由基。

圖 65 3-氯基-3-甲基-1-丁炔在氬氣間質隔離系統之照光反應改變量 黑色為 0 分鐘 咖啡色為 60 分鐘 藍色為 120 分鐘 綠色為 180 分鐘

6-1-2 3-氯基-3-甲基-1-丁炔乙醚溶液之照光反應

HC C CH3

CH3 Cl

ether hv 43o

No Reactiom (22)

將 0.05 mL 3-氯基-3-甲基-1-丁炔(0.0513g,4.47×10-4 mol)加入無水乙醚(5 mL) 後,用汞燈(200W,254 nm)照射,進行照光反應,燈源距離 16 公分,

溫度在 43℃狀態下,接著每 60 分鐘候進行 GC/MS 監測反應。

照光前利用 GCMS 檢測,GCRT(滯留時間) 2.91 為乙醚,GCRT 3.137 為 3-氯 基-3-甲基-1-丁炔,如圖 66,照光反應 60 分鐘後發現並無新的吸收產生如圖 67,照光反應 120 分鐘後由 GCMS 檢測仍然沒有新的吸收峰產生如圖 68。

圖 66 3-氯基-3-甲基-1-丁炔乙醚溶液照光前 GC 圖

圖 67 3-氯基-3-甲基-1-丁炔乙醚溶液照光 60 分鐘 GC 圖

圖 68 3-氯基-3-甲基-1-丁炔乙醚溶液照光 120 分鐘 GC 圖

因此可以推測 3-氯基-3-甲基-1-丁炔乙醚溶液經照光反應後(方程式 22),

是沒有產生變化的,其可能有兩種原因其一為 3-氯基-3-甲基-1-丁炔經照光反 應後碳-氯(C-Cl)會均勻斷鍵產生 C5H7自由基與氯自由基,但 C5H7自由基與 氯自由基兩者結合速率太快導致於未產生反應,其二為 3-氯基-3-甲基-1-丁炔 經照光反應後碳-氯(C-Cl)未斷鍵產生 C5H7自由基與氯自由基導致未產生反應。

利用 TEMPO 自由基與 3-氯基-3-甲基-1-丁炔進行照光反應,如果 TEMPO 自 由基有捕捉到 C5H7自由基或氯自由基則表示可能為第一種原因,如果 TEMPO 自由基未捕捉到 C5H7自由基或氯自由基則無法區分此二種可能性。

6-1-3 3-氯基-3-甲基-1-丁炔與 TEMPO 自由基之照光反應

將 0.05 mL 3-氯基-3-甲基-1-丁炔(0.0513g,4.47×10-4 mol)加入無水乙醚(5 mL)以及加入 TEMPO 自由基(0.197g,1.2 mmol)後,用汞燈(200W,254 nm) 照射,進行照光反應,燈源距離 16 公分,溫度在 43℃狀態下,接著每 60 分

圖 69 3-氯基-3-甲基-1-丁炔與 TEMPO 照光前 GC 圖

圖 70 3-氯基-3-甲基-1-丁炔與 TEMPO 照光 60 分鐘 GC 圖

圖 71 3-氯基-3-甲基-1-丁炔與 TEMPO 照光 120 分鐘 GC 圖

汞燈光源(254 nm,200W),可以提供的能量為 113 kcal,由文獻13中發 現,丙炔基氯碳-氯(C-Cl)鍵能為 66.9 kcal/mol,而 3-氯基-3-甲基-1-丁炔之(C-Cl) 鍵能可能小於 66.9 kcal/mol,由此推測汞燈光源的能量是足夠讓 3-氯基-3-甲 基-1-丁炔斷鍵產生自由基,但 3-氯基-3-甲基-1-丁炔經由 UV 檢測結果如圖 72,

結果發現 3-氯基-3-甲基-1-丁炔在 UV 254 nm 位置並沒有吸收度,由此可以推 測雖然汞燈光源(200W,254 nm)提供的能量 113 kcal 可讓 3-氯基-3-甲基-1-丁 炔斷鍵,但 3-氯基-3-甲基-1-丁炔 UV 在 254 nm 位置幾乎是沒吸收度,由此 結論可說明 3-氯基-3-甲基-1-丁炔無法吸收到汞燈光源(200W,254 nm)的能量 使得碳-氯(C-Cl)鍵無法均勻斷裂產生 C5H7自由基和氯自由基以致於 TEMPO 自由基無法捕捉到其自由基。

圖 72 3-氯基-3-甲基-1-丁炔 UV 吸收圖

6-2 3-氯基-1-丁炔之照光反應

6-2-1 3-氯基-1-丁炔乙醚溶液之照光反應

將 0.05 mL 3-氯基-1-丁炔(1h) (0.04733g,5.37×10-4 mol)加入無水乙醚(5 mL) 後,用汞燈(200W,254 nm)照射,進行照光反應,燈源距離 16 公分,

溫度在 43℃下,接著每 60 分鐘後進行 GCMS 監測,反應照光前利用 GCMS 檢測,GCRT2.91 為乙醚,GCRT 3.01 為 3-氯基-1-丁炔,如圖 73,照光反應 60 分鐘後發現並無新的吸收峰產生如圖 74,照光反應 120 分鐘後由 GCMS 檢測仍然沒有新的吸收峰產生如圖 75。

Cl hv ether

43oC

No Reaction 1h

(24)

圖 73 3-氯基-1-丁炔乙醚溶液照光前 GC 圖

圖 74 3-氯基-1-丁炔乙醚溶液照光 60 分鐘 GC 圖

圖 75 3-氯基-1-丁炔乙醚溶液照光 120 分鐘 GC 圖

由此結果可以推測 3-氯基-1-丁炔醚溶液經照光反應後(方程式 24),是沒 有產生變化的,其可能有兩種原因其一為 3-氯基-1-丁炔經照光反應後碳-氯 (C-Cl)會均勻斷鍵產生 C4H5自由基與氯自由基,但 C4H5自由基與氯自由基兩 者結合速率太快導致於未產生反應,其二為 3-氯基-1-丁炔經照光反應後碳-氯(C-Cl)未斷鍵產生 C4H5自由基與氯自由基導致未產生反應。利用加入 TEMPO 自由基與 3-氯基-1-丁炔進行照光反應,如果 TEMPO 自由基有捕捉到 C4H5自由基或氯自由基則表示可能為第一種原因,如果 TEMPO 自由基未捕 捉到 C4H5自由基或氯自由基則無法區分此二種可能性。

6-2-2 3-氯基-1-丁炔與 TEMPO 之照光反應

將 0.05 mL 3-氯基-1-丁炔(1h) (0.04733g,5.37×10-4 mol)加入無水乙醚(5 mL)以及加入 TEMPO 自由基(0.197g,1.2×10 mmol) 後,用汞燈(200W,254 nm) 照射,進行照光反應,燈源距離 16 公分,溫度在 43℃下,接著每 60 分鐘後 進行 GCMS 監測,反應照光前利用 GCMS 檢測,GCRT2.91 為乙醚,GCRT 3.01 為 3-氯基-1-丁炔,GCRT 6.12 為 TEMPO 自由基,如圖 76,照光反應 60 分鐘 後發現並無新的吸收峰產生如圖 77,照光反應 120 分鐘後由 GCMS 檢測仍然 沒有新的吸收峰產生如圖 78。

TEMPO

Cl hv

ether 43oC

No Reaction 1h

(24)

圖 76 3-氯基-1-丁炔與 TEMPO 照光前 GC 圖

圖 77 3-氯基-1-丁炔與 TEMPO 照光 60 分鐘 GC 圖

圖 78 3-氯基-1-丁炔與 TEMPO 照光 120 分鐘 GC 圖

由此反應結果可得知 3-氯基-1-丁炔經由照光反應有兩種可能性,其一為 3-氯基-1-丁炔的碳-氯(C-Cl)鍵未均勻斷鍵產生 C4H5自由基及氯自由基所以 TEMPO 自由基沒有捕捉到自由基,其二為 3-氯基-1-丁炔的(C-Cl)鹵素鍵均勻 斷鍵產生後產生 C4H5自由基及氯自由基,但是 C4H5自由基及氯自由基兩者 結合速度大於 TEMPO 自由基捕捉 C4H5自由基的速度所以並未偵測到新的吸 收峰。

由汞燈光源(200W,254 nm)可以提供的能量為 113 kcal,經由文獻中丙炔 基氯,(C-Cl)鍵能為 66.9 kcal/mol13,由此推測 3-氯基-1-丁炔之(C-Cl)鍵能是 小於丙炔基氯(C-Cl)鍵能,所以汞燈光源的能量是足夠讓 3-氯基-1-丁炔照光 後是有斷鍵產生 C4H5自由基及氯自由基的,但是 3-氯基-1-丁炔經由 UV 檢測 結果如圖 79,由此結果發現 3-氯基-1-丁炔能量在 UV254 nm 位置並沒有吸收,

由此結果可以推測雖然汞燈光源(200W,254 nm),提供的能量 113 kcal,可使 3-氯基-1-丁炔斷鍵,但 3-氯基-1-丁炔 UV 吸收在 254 nm 位置幾乎是沒吸收的 由此結果證明 3-氯基-1-丁炔無法吸收到汞燈光源(254 nm,200W)的能量使得 碳-氯(C-Cl)鍵無法均勻斷裂產生 C4H5自由基及氯自由基以致於 TEMPO 自由 基無法捕捉到其自由基。

圖 79 3-氯基-1-丁炔 UV 吸收圖

6-3 丙炔基氯之照光反應

No Reaction (25)

由此可推測丙炔基氯經照光後是有兩種狀況產生;其一為照光後斷鍵產

圖 80 丙炔基氯照光反應 60 分鐘 GC 圖

圖 81 丙炔基氯照光反應 120 分鐘 GC 圖

6-3-2 丙炔基氯與 TEMPO 自由基之照光反應

將 0.05 mL 丙炔基氯(0.0513g,6.9×10-4 mol)加入無水乙醚(5 mL)以及加入 TEMPO 自由基(0.197g,1.2 mmol) 後,用汞燈(200W,254 nm)照射,進行照 光反應,燈源距離 16 公分,溫度在 45℃下,接著每 60 分鐘後進行 GCMS 檢 測反應,照光前利用 GCMS 檢測如圖 82 照光反應 60 分鐘後,GCMS 檢測也 沒有產生新的訊號如圖 83,照光反應 180 分鐘後檢測也沒有發現新訊號產生 如圖 84,結果顯示 TEMPO 自由基並沒有捕捉到丙炔基自由基,有可能丙炔 基氯進行照光反應並未產生自由基。

(26)

Cl hv

ether 45oC

1d TEMPO No Reaction

圖 82 丙炔基氯與 TEMPO 照光前 GC 圖

圖 83 丙炔基氯與 TEMPO 照光 60 分鐘 GC 圖

圖 84 丙炔基氯與 TEMPO 照光 120 分鐘 GC 圖

為了進一步證明丙炔基氯其碳-氯鍵(C-Cl)是否鍵均勻斷裂產生 C3H3及氯 自由基,利用 UV 光譜來瞭解丙炔基氯其 UV 的吸收度如圖 85。

圖 85 丙炔基氯 UV 吸收圖

基氯由汞燈光源(254 nm,200W)可以提供的能量為 113 kcal,經由文獻中發現,

丙炔基氯,碳-氯(C-Cl)鍵能為 66.9 kcal/mol13,雖然此能量可使碳-氯鍵(C-Cl) 斷鍵,但是丙炔基氯在 254 nm 並沒有吸收度,由此可推測丙炔基氯可能沒有 吸收到能量,所以碳-氯鍵(C-Cl)並沒有斷鍵,所以沒有產生 C3H3及氯自由基 導致於 TEMPO 自由基無法捕捉到 C3H3自由基,並且由文獻25丙炔基氯在間 質隔離系統下照光反應得到的結果也是未產生反應。

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