Vyazemsky és infravörös spektroszkópiával, „Chemistry” magazin száma 21
elektromágneses sugárzás
Az elektromágneses sugárzás, amelynek egy példája látható fény és kettős természete van: és volny.Chastitsy részecskék, úgynevezett fotonokat, amelyek mindegyike egy bizonyos mennyiségű energiát. 1900-ban, német fizikus Max Planck azt javasolta, hogy a fotonenergia (E) egyenesen arányos a frekvencia (n):
Arányossági tényező h az úgynevezett „Planck-állandó”, a számérték h = 6,62 • 10 -27 joule • mp. Az egyenletben a Planck foton energiája mérik erg; energia erg molekulánként 1 ekvivalens 6,0 • október 13 kJ / mol (1,44 • 13 okt kcal / mol).
Mért inverz másodpercben (s-1) SI frekvencia, amelyet egyébként az úgynevezett hertz, és jelentésük Hz (miután a fizikus Heinrich Hertz).
Hullámú sugárzás paraméter van kifejezve hullámhossz l (mm, cm, m). Az értékek az L és N kapcsolódnak a kapcsolatban l = c / n (c - fénysebesség). Gyakran használt hullámszám (más néven frekvencia), amelynek mérete cm -1. n = 1 / L
Attól függően, hogy a sugárforrás fotonok különböző energiákat. Így, kozmikus sugárzás és az X-ray foton folyósítószerek igen nagy energia. Az antenna tartók viszonylag alacsony energia. Az ultraibolya sugárzás energia meghalad az ibolya és a látható fényt, és az infravörös fény energiája kisebb, mint a vörös és a látható fény.
Upon elektromágneses besugárzás molekulával képes befogadni a foton, és növeli az energia az összeg a fotonenergia. Molekulák erősen szelektív tekintetében a frekvenciáját a sugárzást elnyeli őket. Molecule ragadja fotonok csak egy bizonyos frekvencián. Character abszorpciós (energiájú fotonok amelyek befogott anyag) függ a szerkezet a molekula, és segítségével mérni lehet ismert készülékekben spektrométerek. A kapott adatok arra utalnak, a molekuláris szerkezete az anyag.
Kvantált (diszkrét, szakaszos) energia a molekulák
A molekula lehet több államában a nagyobb energia (E2) vagy kisebb (E1) a vibrációs energia. Ezek az energia állapot, a kvantált. A fényabszorpció kvantum energia E D egyenlő E2 - E1. fordítja molekula egy alacsonyabb energiájú állapotba egy magasabb (ábra. 1). Ezt nevezik a gerjesztés a molekula.
Ábra. 1. Két energetikai állapotának a molekula
Ennek eredményeként, az atomok egymáshoz kapcsolódó a molekulában, elkezd gyorsabban oszcillál, tekintettel bizonyos feltételezéseket. Ha figyelembe vesszük a molekula, mint a rendszer a golyó atomok kapcsolódnak egymáshoz rugók, a rugók összenyomódnak, és nyújtva, továbbá hajlított.
Az infravörös sugárzás elnyelése (n = 3 • október 13-március 10 • 12 Hz, L = 10 -5 - 10 4 m) változását okozza a rezgési Államokban a molekula. Ez megváltoztatja is a forgási energia szintet. IR-spektrumok forgásszimmetrikus oszcilláló.
Infravörös sugárzás frekvencia (hullámszám) kevesebb, mint 100 cm-1-molekulát felszívódik, és alakítjuk forgási energiát. Felszívódás kvantálva, és a forgási spektruma áll egy sor vonalak.
IR tartományba eső sugárzás a 10 000-100 cm-1 molekulát alakítunk rezgési energia elnyelése. Ez az abszorpció is kvantálta, de oszcilláció spektruma nem áll vonalak, csíkok, hiszen minden változás a rezgési energia kíséri változások több diszkrét forgási energia államokban.
IR abszorpciós spektrumát a szerves vegyületek
Spektrofotométerek mérésére felszívódását az elektromágneses sugárzás a minta által tartalmaznak egy sugárforrást, egy sejt egy olyan anyaggal, amelyen keresztül a sugárzás halad, és egy detektort. folyamatosan változó a frekvencia a sugárzás és a elérő fény intenzitása a detektor összehasonlítjuk az intenzitás a forrás. Ha a frekvencia a beeső fény elér egy bizonyos értéket, a felszívódását a sugárzás anyag. A detektor megjegyzi a csökkenés a intenzitása a mintán áteresztett (küvetta) fény. A kapcsolat a gyakorisága a fényelnyelési és rögzített papíron, mint egy sor, az úgynevezett spektrum.
A vizsgálat a szerves vegyületek általánosan használt infravörös sugárzás elnyelése a L = 2-50 mikron, amely megfelel hullámszámaival n = 5000-200 cm -1.
Bár a IR-spektrum jellemző a molekula, úgy tűnik, hogy bizonyos csoportok az atomok olyan abszorpciós sávot egy adott frekvenciát többi részétől függetlenül a molekula szerkezetét. Ezeket a sávokat, amelyek úgynevezett jellemző, hordoznak információt a szerkezet a molekula elemek.
Van egy asztal a jellemző frekvenciák, amelyek sok sáv az IR-spektrum összefüggésben lehet bizonyos funkciós csoportokat a molekulában (táblázat). Jellemző akarat oszcillációk tartalmazó csoportok fény hidrogén (C-H, O-H, N-H) csoport oszcillációs többszörös kötések (C = C, SєS, C = N, C = O, SєN) és t. D. ilyen funkciós csoportokat mutatjuk be a spektrális tartomány 4000-1600 cm-1.
táblázat
Jellemző abszorpciós frekvenciák egyes atomcsoportok
Egyes esetekben, az ilyen ingadozások lehet azonosítani, amelyekben a kötéshosszak igen nagy mértékben változhat, vagy szögek közötti kötések. Ezután az első vobbulációs az úgynevezett vegyérték sáv, és a második - alakváltozás (. Ábra 2 cm 2 ..).
A spektrális régiót 1300-625 cm -1 ismert területe „ujjlenyomat”. Ez a csökkenés az elnyelési sáv megfelelő rezgések C-C, C-O, C-N, és a hajlító rezgések. Ennek eredményeként, az erős kölcsönhatás ezen rezgések megbízás abszorpciós sávok bizonyos kapcsolatok lehetetlen. Azonban, a teljes készlet az abszorpciós sávok ebben a régióban jellemző az egyes vegyületek. Egybeesése az összes sávot ismeretlen (vizsgálati) anyag szándékos és ismert referenciaspektrumunk kiváló igazolják személyazonosságukat.
IR-spektrumokat a gáznemű, folyékony és szilárd vegyületek és megoldások különböző oldószerekben.
A legtöbb magas frekvenciájú régióban található hullámforma X-H csoportokat. Növelése a tömeg kapcsolódik a szénatomhoz ad okot, hogy az abszorpciós sávok alsó frekvenciatartományokban. Így, az oszcilláció frekvenciája a CH-csoportok körülbelül 3000 cm-1. C-C rezgések a 1100-900 cm-1. és a C-Br - 600 cm -1. Fokozott kommunikáció sokfélesége okok egyre gyakrabban.
Egy tipikus IR-spektrum, mint például a spektrum a n-hexán, CH3 (CH2) 4 CH3 (3.) Jelenik meg, mint egy sor abszorpciós sávok a különböző alakú és intenzitású. Szinte az összes szerves vegyületek mutatnak csúcs, vagy csoport csúcsok közelében 3000 cm -1. Felszívódás ebben a régióban miatt vegyértékrezgéseinek C-H. Felszívódás 1460, 1380 és 725 cm-1 miatt a különböző deformációs rezgései a C-H kötést.
Annak illusztrálására, a hatás a molekulaszerkezet összehasonlítható IR spektrumai n-hexán és hexén-1 (ábra. 4). Ezek nagyon különböznek egymástól.
A terület vegyértékrezgéseinek C-H, 1-hexén mutat csúcsot 3095 cm-1. míg az összes C-H rezgésekre hexán alatt jelennek meg 3000 cm-1. Az abszorpciós csúcs fenti 3000 cm -1 annak köszönhető, hogy hidrogénatomok -gibridizovannom sp2 szénatom. IR hexén-1 is tartalmaz abszorpciós sávot ad 1640 cm-1. kapcsolatos többszörös kötés vegyértékrezgéseinek a C = C Körüli csúcsokat 1000 és a 900 cm-1 spektrumában hexén-1 hiányzik a spektrumban hexán, lásd deformációs rezgései a hidrogénatomok a kettőskötés C = C
Továbbá vegyértékrezgéseinek SP 2 C-H csoportok ismertek más csoportok, nyilvánul feletti frekvenciákon 3000 cm -1. A legfontosabb ezek közül az OH-csoport, az alkohol. Ábra. 5 egy IR spektrumát 2-hexanol.
A spektrum tartalmaz egy széles jel 3300 cm-1. tulajdonítható a vegyértékrezgéseinek az OH-csoportok alkoholok bevonásával intermolekuláris hidrogénkötés. Híg alkoholok inert oldószerben (kloroform, CHCI3. Szén-tetraklorid CCI4), ahol a hidrogénkötés típusú
| Csökkenti együtt multimolekuláris társult (ROH) n jelen egyetlen ROH alkohollal molekula. Ebben az esetben, egy további csúcs jelenik meg körülbelül 3600 cm-1.
A karbonil-csoport tartozik a legtöbb könnyen megkülönböztethető strukturális töredékei molekulák kimutatható IR spektroszkópiai. A vegyértékrezgéseinek a kettős kötés C = O nyilvánul intenzív jel a tartományban 1800-1650 cm-1. Ez a csúcs ejtik a spektrum hexanon-2, ábrán látható. 6.
A helyzet a karbonil abszorpciós sáv a spektrumban jellegétől függ a szubsztituensek a karbonilcsoport C = O Jellemző frekvencia jelleggörbe aldehidek és ketonok, amidok, észterek, és így tovább. G. I. táblázatban bemutatott (lásd. Fent).
Az aromás gyűrű megjelenik a IR-spektrum csúcs mérsékelt vegyértékrezgéseinek C-H közelében 3030sm -1. Egy másik jellemző - vegyértékrezgéseinek aromás szén-szén kötések általában figyelhető meg 1600 és 1475 cm-1. Végül, egy aromás gyűrű mutat intenzív abszorpciós sávot a 800-690 cm-1. miatt deformációs rezgései a C-H. Mindezek a jellemzők az aromás gyűrű figyelhető meg az IR-spektrum toluol (ábra. 7).
1. Az alábbi vegyületek tartoznak az IR spektrum ábrán látható. 8? Indokolja meg választását.
Határozat. A régióban 1800-1650 cm-1 abszorpció hiányzik, így a vegyület nem tartalmaz C = O csoport. A két fennmaradó anyagok - fenol és a benzil-alkohol, - válasszon egy alkohol, t egy frekvenciasávot nCH = 2950-2850 cm -1 CH2-csoport (szén sp 2 hibridizációs állapot) ...
2. IR-spektrum látható. 9 tartozik nonán vagy hexanol-1. Hogy a választás, motiválni választ.
Határozat. Ábra. 5 (lásd. S. 2) azt mutatja, IR spektrumát a hexanol-2, amely általában véve meg kell egyeznie a spektrumát hexanol-1. Ábra. A 9. ábra IR nonán. Ez nincs jellemző abszorpciós sávok alkohol: széles intenzív sáv vegyértékrezgéseinek az -OH csoportok társított
3300 cm-1; intenzív sáv vegyértékrezgéseinek C-O régióban 1200-1000 cm-1.
3. A PMR spektrum (proton mágneses rezonancia) ismeretlen anyag, amely n-szubsztituált benzolgyűrű, a lánc CH2 CH2 CH3. aldehidcsoport. A szerkezeti képletét az anyag, és ha ez nem mond ellent a IR-spektrum ábrán látható. 10.
Határozat. A bemutatott adatok a feltétellel, hogy elegendő ahhoz, hogy a képletű vegyületet - 4-n-propilbenzaldegid.
Viszonyítás jellemző abszorpciós sávok az IR-spektrum: 3100-3000 cm -1 - vegyértékrezgéseinek aromás C-H; 2950-2850 cm -1 - vegyértékrezgéseinek alkil C-H; És 1690 cm -1 - benzaldehid aromás karbonilcsoport; 1600, 1580, 1450 cm-1 - az abszorpciós sáv a benzolgyűrű, az abszorbancia 1580 cm-1 jelöli a konjugáció a benzolgyűrű telítetlen csoporttal intenzív abszorpciós alábbi 900 cm -1 attribútum deformációs rezgései a C-H aromás gyűrű.
1. egyezik a IR-spektrum ábrán látható. 11, vegyületet egy a szerkezet
2. Express a feltételezés a szerkezet C5 H8 O2 vegyületek IR-spektrum (12.).
3. A PMR spektroszkópia vegyület molekuláris képlete C11 H14 O3 szerkezet N-szubsztituált benzol-származék. A szerkezete van két etoxi CH 3 CH 2 O-csoport, több különböző belső kör. Az IR spektrum szerint ez a vegyület abszorpciós sávok a következő hullám számok: 3100, 3000-2900, 1730, 1600, 1500, 1250, 1150, 1100, 1025, 840cm-1. Határozza meg szerkezeti képlet anyagok és dekódolni IR.
Kazitsyna LA Kupletskaya NB Alkalmazása UV, IR, NMR és tömegspektrometria a szerves kémiában. M. Univ. University Press, 1979, 240 p.; Silverstein Bassler R. G. T. Morrill spektrometriás azonosítását szerves vegyületek. Mir, 1977 590 p.