Infrared study of solvent-solute interactions of 1-substituted 2-pyrrolidinones and related compounds

Summary The wavenumbers of the carbonyl stretching vibrations of 2-pyrrolidinone (P), 1-methyl-2-pyrrolidinone (MP), 1-isopropyl-2-pyrrolidinone (IPP), 1-(2-hydroxyethyl)-2-pyrrolidinone (HEP), 2-oxobenzothiazole (OBT), and 3-octyl-2-oxobenzothiazole (OOBT) were measured inn-hexane/CDCl₃, acetonitrile/D₂O, methanol/D₂O, and 2-butoxyethanol/D₂O mixtures and compared with similar data for 1-cyclohexyl-2-pyrrolidinone (CHP) and dimethylacetamide (DMA). The dependencies of the wavenumbers on the mole fraction of the less polar cosolvent in binary mixtures allow a distinction and assignment of all species resulting from weak solute-solvent and solute-solute interactions. The slopes of the dependencies of the wavenumbers on the mole fraction for similar intermolecular species inn-hexane/CDCl₃ mixtures correlate well with the relative hydrogen bond basicities (i.e. hydrogen bonding abilities with phenol) and reveal that the solvent sensitivities significantly depend on the steric requirements in the vicinity of the C=O group. On the other hand, the slopes of similar dependencies in acetonitrile/D₂O mixtures are proportional to the electron donating effects of alkyl groups attached to the nitrogen atom of the pyrrolidinone ring. In the case of mixtures formed by two strongly hydrogen bonding cosolvents (alcohols/D₂O), a competitive equilibrium occurs between the hydrogen bonding tendency of both cosolvents and 1-substituted 2-pyrrolidinones. In solutions of 1-substituted 2-pyrrolidinones in water-rich 2-butoxyethanol/D₂O mixtures, microheterogeneous domains occur before classic mixtures of two polar liquids are formed.

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Infrarotuntersuchungen über Wechselwirkungen von 1-substituierten 2-Pyrrolidinonen und verwandten Verbindungen mit Lösungsmitteln

Zusammenfassung Die Wellenzahlen der Carbonylstreckschwingungen von 2-Pyrrolidinon (P), 1-Methyl-2-pyrrolidinon (MP), 1-Isopropyl-2-pyrrolidinon (IPP), 1-(2-Hydroxyethyl)-2-pyrrolidinon (HEP), 2-Oxobenzothiazol (OBT) und 3-Octyl-2-oxobenzothiazol (OOBT) wurden inn-Hexan/CDCl₃, Acetonitril/D₂O, methanol/D₂O und 2-Butoxyethanol/D₂O gemessen und mit den entsprechenden Daten für 1-Cyclohexyl-2-pyrrolidinon (CHP) und Dimethylacetamid (DMA) verglichen. Die Abhängigkeit der Wellenzahlen vom Molenbruch des weniger polaren Lösungsmittels in binären Mischungen erlaubt eine Unterscheidung und Zuordnung aller durch schwache Wechselwirkungen zwischen gelöster Substanz und Lösungsmittel bzw. durch Wechselwirkungen der gelösten Moleküle untereinander entstehenden Spezies. Für ähnliche Moleküle inn-Hexan/CDCl₃ — Mischungen korrelieren die Steigungen der Abhängigkeiten der Wellenzahlen vom Molenbruch gut mit den relativen Basizitäten der Wasserstoffbrückenbindungen (d.h. mit der Fähigkeit zur Ausbildung von Wasserstoffbrückenbindungen mit Phenol) und beweisen, daß die Lösungsmittelabhängigkeiten wesentlich von sterischen Faktoren in der Umgebung der Carbonylgruppe abhängen. Andererseits sind die Steigungen entsprechender Korrelationen in Acetonitril/D₂O — Mischungen zur Elektronendonatorfähigkeit von an das Stickstoffatom des Pyrrolidinonrings gebundenen Alkylgruppen proportional. Im Fall von Mischungen aus zwei stark wasserstoffbrückenbildenden Lösungsmitteln (Alkohole/D₂O) stellt sich ein kompetitives. Gleichgewicht zwischen der Tendenz zur Wasserstoffbrückenbindungsbildung beider Lösungsmittel und den 1-substituierten 2-Pyrrolidinonen ein. In Lösungen von 1-substituierten 2-Pyrrolidinonen in 2-Butoxyethanol/D₂O — Mischungen mit hohem Wasseranteil treten vor der Ausbildung klassischer Mischungen zweier polarer Flüssigkeiten mikroheterogene Domänen auf.