IR-spektrien tulkinta 1 minuutissa tai vähemmän: 2 tärkeintä etsiä
Viimeinen viesti esiteltiin lyhyesti sidosvärähtelyjen käsite ja huomasimme, että voimme ajatella kovalenttisia sidoksia vähän kuin pallot ja jouset: jouset värisevät ja kukin ”laulaa” tyypillisellä taajuudella , joka riippuu sidoksen lujuudesta ja atomien massoista. Näillä värähtelyillä on taajuuksia, jotka ovat sähkömagneettisen spektrin keski-infrapuna (IR) -alueella.
Voimme tarkkailla ja mitata tätä ”laulaen” sidoksia soveltamalla IR-säteilyä näytteeseen ja mittaamalla taajuudet, joilla säteily absorboituu. Tuloksena on tekniikka, joka tunnetaan nimellä infrapunaspektroskopia, joka on hyödyllinen ja nopea työkalu tietyssä molekyylissä olevien sidosten tunnistamiseen.
Huomasimme, että veden IR-spektri oli melko yksinkertainen – mutta siirtyi edelleen suhteellisen monimutkainen molekyyli, kuten glukoosi (alla), kohtasimme yhtäkkiä huipumetsän!
Ensimmäinen vaikutelmasi katseesta sillä IR voi olla: agh! miten minun pitäisi ymmärtää tämä?
Haluan sanoa: älä paniikkia!
Sisällysluettelo
- Korjataan joitain yleisiä väärinkäsityksiä IR: stä
- Aloittaminen ”Hunt And Peck” -toiminnolla ei ole oikea tapa edetä
- IR-spektroskopia: iso kuva
- Kaksi tärkeintä asiaa, joita etsitään IR-spektrissä: ”kielet” ja ”miekat”.
- alkoholit ja karboksyylihapot: lisää Yksityiskohtaiset tiedot
- Erityiskohteita karbonyylifunktionaalisten ryhmien infrapunaspektreistä
- Vähemmän tärkeitä, mutta silti hyödyllisiä: Kaksi muuta hyvin diagnostiikkapiiriä.
- Glukoosi, uudelleen tarkasteltu: Minuuttianalyysi
Korjataan joitain yleisiä väärinkäsityksiä IR: stä
Tässä viestissä haluan osoittaa, että tyypillinen IR-spektrin analyysi on paljon yksinkertaisempi kuin luulisi Itse asiassa, kun opit etsimään, se voidaan usein tehdä minuutissa tai vähemmän. Miksi?
- IR-tekniikkaa ei yleensä käytetä määrittämään tuntemattoman molekyylin koko rakennetta. Esimerkiksi elossa ei ole ihmistä, joka voisi tarkastella yllä olevaa IR-spektriä ja päätellä glun rakenteen cose siitä. IR on työkalu, jolla on hyvin erityinen käyttö.
- Meidän ei tarvitse analysoida jokaista huippua! (kuten näemme myöhemmin, NMR on tarkoitettu: -)). Sen sijaan IR on loistava tiettyjen funktionaalisten ryhmien, kuten alkoholien ja karbonyylien, tunnistamiseksi. Tällä tavalla se on maksuton muille tekniikoille (kuten NMR), jotka eivät tuota näitä tietoja niin nopeasti.
Tässä mielessä voimme yksinkertaistaa IR-spektrin analysointia leikkaamalla kaikki paitsi alimpana makaavat hedelmät.
Näetkö 500-1400 cm-1 huipunmetsän? Ohitamme periaatteessa ne kaikki!
80% tarkoituksemme kannalta hyödyllisimmistä tiedoista voidaan saada tarkastelemalla kahta tiettyä spektrin aluetta: 3200-3400 cm-1 ja 1650-1800 cm-1. Näemme myös, että infrapunaspektrissä on vielä vähintään kaksi aluetta, joihin kannattaa vilkaista, ja saamme siis päätökseen tuntemattoman infrapunaspektrin ”ensiluokkaisen” analyysin.
Alarivi: Tämän viestin tarkoituksena on näyttää kuinka priorisoida aikaasi infrapunaspektriä analysoitaessa.
2. Aloittaminen ”Hunt And Peck” -toiminnolla ei ole oikea tapa edetä
Mitä tyypillinen uusi opiskelija tekee tuntemattoman infrapunaspektrin edessä (ja tunteen nousevasta paniikista)?
He tavoittelevat usein ensimmäistä annettua työkalua, joka on yleisten alueiden taulukko. infrapunahuippuille, jotka opettaja on antanut heille.
Seuraava askel heidän analyysissään on käydä läpi spektri yhdeltä puolelta toiselle yrittäen sovittaa jokaisen piikin yhteen taulukon numeroihin. . Tiedän tämän, koska juuri näin tein, kun opin ensimmäisen kerran IR: n. Kutsun sitä ”metsästykseksi ja nokitsemiseksi”.
Ainoat ihmiset, jotka ”metsästävät ja nokitsevat” ensimmäisenä askeleena, ovat ihmisiä joilla ei ole suunnitelmaa (ts. ”aloittelijat”).
Joten lukemalla muutaman seuraavan kappaleen voit säästää paljon aikaa ja hämmennystä.
Iso kuva
IR-spektroskopiassa mitataan, missä molekyylit absorboivat IR-säteilyn fotoneja. Huiput edustavat spektrin alueita, joilla esiintyy spesifisiä sidosvärähtelyjä. Aivan kuten vaihtelevan painon jouset värisevät ominaisilla taajuuksilla massasta ja jännityksestä riippuen, niin myös sidokset.
Tässä on yleiskatsaus infrapunaikkunasta välillä 4000 cm -1 – 500 cm -1 korostettuina eri kiinnostavat alueet.
Vielä pakatun yleiskatsaus näyttää tältä: (lähde)
Näillä alueilla on kaksi painopistealuetta, joihin keskitytään, ja kaksi vähemmän priorisoitua aluetta keskustele tarkemmin alla.
4. Kaksi tärkeintä asiaa, joita etsiä infrapunaspektristä: ”Kielet” ja ”Miekat”.
Kun kohtaat uuden infrapunaspektrin, priorisoi aikasi asettamalla kaksi tärkeää kysymystä:
- Onko alueella leveä, pyöristetty huippu noin 3400-3200 cm- 1? Siellä esiintyy hydroksyyliryhmiä (OH).
- Onko alueella 1850-1630 cm-1 noin terävä, vahva huippu? Siellä esiintyvät karbonyyliryhmät (C = O).
Tarkastellaan ensin joitain esimerkkejä hydroksyyliryhmähuipuista alueella 3400 cm-1 – 3200 cm-1, joita Jon kuvailee. elävästi ”kielinä”. Kaikkien piikkien alla olevat piikit kuuluvat alkoholeihin. Hydroksyyliryhmien välinen vetysidos johtaa joihinkin OH-sidoksen voimakkuuden vaihteluihin, mikä johtaa erilaisiin värähtelyenergiaihin. Vaihtelu johtaa havaittuihin leveisiin piikkeihin.
Hydroksyyliryhmillä, jotka ovat osa karboksyylihappoja, on vielä laajempi ulkonäkö, jota kuvaamme hieman.
Tärkeintä on, että hydroksyyliryhmä ei yleensä ole asia, jota sinun on etsittävä lähtötason melusta.
Vaikka hydroksyyliryhmät ovat yleisimpiä laajan piikin tyyppejä tällä alueella, NH-piikit voivat näkyä myös tällä alueella (lisätietoja niistä alla olevassa alaviitteessä). Niillä on yleensä terävämpi ulkonäkö ja ne voivat näkyä yhtenä tai kahtena huippuna NH-sidosten lukumäärästä riippuen.
Seuraava, le Tarkastellaan joitain esimerkkejä C = O-huipuista alueella noin 1630-1800 cm-1. Nämä huiput ovat melkein aina koko spektrin vahvimpia piikkejä ja ovat suhteellisen kapeita, antaen heille jonkin verran ”miekan kaltaisen” ulkonäön .
Tämä tiivistää 80/20 -analyysimme: etsi kieliä ja miekkoja.
Jos et opi mitään muuta tästä viestistä, opi tunnistamaan nämä kahden tyyppiset huiput!
Kaksi muuta IR-spektrin aluetta voi tuottaa nopeasti hyödyllistä tietoa, jos koulutat itsesi etsimään niitä.
3. Viiva 3000 cm-1: ssä on hyödyllinen ”raja” alkeeni C – H: n (yli 3000 cm-1) ja alkaani C – H: n (alle 3000 cm-1) välillä. Tämä voi auttaa sinua selvittämään, onko kaksoissidoksia läsnä. / p>
4. Huippu alueella noin 2200 cm-1 – 2050 cm-1 on hieno indikaattori kolmoissidoksen läsnäolosta. Mikään muu ei näy tällä alueella.
Yleisen järjen muistutus
Ensinnäkin joitain ilmeisiä neuvoja:
- jos sinulle annetaan molekyylikaava, se määrittää, mitä funktionaalisia ryhmiä sinun pitäisi etsiä. on järkevää etsiä OH-ryhmiä, jos molekyylikaavassasi ei ole oksigeenejä, tai vastaavasti amiinia, jos kaavasta puuttuu typpeä.
- Laske tyydyttymättömyysasteet vähemmän, jos sinulle annetaan molekyyli kaava, koska se antaa tärkeitä vihjeitä. Älä etsi C = O: ta sellaisessa rakenteessa kuin C4H10O, jolla ei ole tyydyttymättömyysasteita.
5. Alkoholit ja karboksyylihapot: Lisätietoja
Alkoholit
Le Tarkastellaan tiettyä esimerkkiä, jotta voimme nähdä kaiken perspektiivissä. Alla oleva spektri on 1-heksanolia.
Huomaa, että hydroksyyliryhmäpiikki on noin 3300 cm-1, tyypillinen alkoholille (Tämä terävä piikki noin 3600 cm-1 on yleinen kumppani hydroksyylipiikeille: se edustaa vety sitoutumaton OH).
Kuten voit odottaa 1-heksanolille, noin 1700 cm-1: n ympärillä ei ole mitään ilmaisevaa karbonyylipiikkiä. Aloittelijoille saattaa olla houkutus merkitä kyseinen tikarimainen voimakas piikki noin 1450 cm-1: ssä mahdolliseksi C = O-venymäksi. Se ei ole. (se on todennäköisesti C-H-mutka). Vaihteluita esiintyy vain hyvin kapealla alueella, ja on erittäin epätodennäköistä, että C = O-venytys olisi paljon alle 1650 cm-1. Mitä enemmän spektrejä näet, sitä paremmin saat tekemällä nämä tuomiot.
Tässä on muutamia esimerkkejä, jotta variaatio tuntisi sinut. erilaisten alkoholien infrapunaspektreistä.
- Fenoli
- Sykloheksanoli
- 1-butanoli
Karboksyylihapot
Karboksyylihappojen hydroksyyliryhmät ovat huomattavasti laajempia kuin alkoholeissa. Jon kutsuu sitä ”karvaiseksi partaksi”, joka on täydellinen kuvaus. Niiden ulkonäkö on myös hyvin vaihteleva. OH-imeytyminen karboksyylihapoissa voi olla niin leveä, että se ulottuu alle 3000 cm-1, melkein ”ottaessaan” vasemman käden osa spektristä.
Tässä on esimerkki: butaanihappo.
Tässä on lisää esimerkkejä täydet spektrit, jotta näet vaihtelun.
- bentsoehappo,
- pentaanihappo,
- etikkahappo
Ero ulkonäössä alkoholin OH: n ja karboksyylihapon välillä on yleensä diagnostinen. Harvinaisissa tapauksissa, joissa et ole varma johtuuko laaja piikki alkoholin tai karboksyylihapon OH: sta, yksi ehdotus on tarkistaa noin 1700 cm: n alue C = O-venymälle. Jos sitä ei ole, katsot todennäköisesti alkoholia.
Erityisiä esimerkkejä karbonyylifunktionaalisten ryhmien infrapunaspektristä
Toinen tärkeä piikki-alue on karbonyyli C = O-venytysalue noin 1630-1830 cm. Karbonyylijännitykset ovat teräviä ja vahvoja.
Kun näet muutaman niistä, niitä on mahdoton ohittaa. Mikään muu ei näy tällä alueella.
Tässä on heksanaalin IR-spektri. Tämä huippu hieman 1700 cm-1 jälkeen on C = O-venymä. Kun se on läsnä, C = O-venytys on melkein aina IR-spektrin vahvin huippu, jota ei voida ohittaa.
C = O-venytyksen sijainti vaihtelee hieman funktionaalisen karbonyyliryhmän mukaan. Jotkut alueet (cm-1) esitetään alla:
Konjugaatio vaikuttaa C = O-venytyksen sijaintiin jonkin verran, siirtäen sen alempaan aaltomäärään.
Hyvä nyrkkisääntö on se, että et koskaan, koskaan näe C = O-venytystä alle 1630. Jos esimerkiksi näet vahvan huipun 1500: ssa, se ei ole C = O. Se on jotain muuta.
Vähemmän ratkaiseva, mutta silti hyödyllinen: Kaksi muuta erittäin diagnostiikkapiiriä.
- CH-venytysraja 3000 cm-1: ssä
3000 cm-1 toimii hyödyllisenä jakolinjana. Tämän viivan yläpuolella havaitaan korkeamman taajuuden C-H-venytyksiä, jotka määritetään sp2-hybridisoiduille C-H-sidoksille. Kaksi alla olevaa esimerkkiä: 1-hekseeni (huomaa hieman korkeampi piikki) ja bentseeni.
Molekyylissä, jossa on vain sp3-hybridisoituneita CH-sidoksia, viivat näkyvät alle 3000 cm-1 kuten heksaanissa , alla.
2. Erottuva kolmoissidosalue noin 2200 cm-1
Kolmoissidoksia sisältäviä molekyylejä esiintyy suhteellisen harvoin asioiden suuressa järjestelmässä, mutta kun niitä esiintyy, niillä on selvästi erottuva jälki infrapunassa.
Alue 2000 cm-1 – 2400 cm-1 on hieman ”aavekaupunki” IR-spektreissä; tällä alueella näkyy hyvin vähän. Jos näet huiput tällä alueella, todennäköinen ehdokas on kolmoissidottu hiili, kuten alkyni tai nitriili.
Huomaa, kuinka heikot alkynihuiput ovat. Tämä on yksi poikkeus Sääntö, jonka mukaan heikkoja piikkejä ei tule huomioida, on kuitenkin oltava varovainen: jos sinulle annetaan molekyylikaava, vahvista, että alkyni on mahdollinen laskemalla tyydyttymättömyysasteet ja varmistamalla, että se on vähintään 2 tai enemmän.
Päätealkyyneillä (kuten 1-heksiinillä) on myös vahva CH-venytys noin 3400 cm-1, mikä on vahvemmin diagnostinen.
Tarkistettu glukoosi: 1 minuutin analyysi
OK, olemme menneet ove r 4 aluetta, joista on hyötyä IR-spektrin nopeaan analysointiin.
Palataan nyt takaisin ja tarkastellaan glukoosin infrapunaa. Mitä näemme?
Tässä on kaksi huomionarvoista asiaa:
Myös jos otamme vähän ylimääräistä aikaa, jonka voimme nähdä:
- Ei alkeeni-CH: tä (ei piikkejä yli 3000 cm-1)
- Mikään kolminkertaisesti sitoutuneella alueella (harvinainen, mutta silti helppo asia oppia tarkistamaan)
Nyt: Jos sinulle annettaisiin tämä spektri ”tuntemattomana” yhdessä sen molekyylikaavan C6H12O6 kanssa, mitä johtopäätöksiä voisit tehdä sen rakenteesta?
- Molekyylissä on vähintään yksi OH-ryhmä (ja mahdollisesti useampi)
- Molekyylissä ei ole C = O-ryhmiä
- Molekyyli * todennäköisesti * ei ole alkeeneja. Jos alkeeneja on läsnä, niissä ei ole CH-sidoksia, koska näemme heidän CH: nsa venyvän yli 3000 cm-1.
A molekyyli, jolla on yksi vetypuute (C6H12O6), mutta ei C = O: ta ja todennäköisesti ei C = C: tä?
Hyvä arvaus olisi, että molekyyli sisältää renkaan. (Tiedämme, että näin on, tietenkin, mutta on mukava nähdä IR vahvistamassa wha t tiedämme jo).
Tämän voi kertoa yhden minuutin analyysi glukoosin infrapunasta. Ei koko rakennetta, pidä mielessä, mutta varmasti joitain tärkeitä paloja.
Se riittää tänään. Seuraavassa viestissä teemme vielä yhden minuutin analyysejä ja annamme konkreettisempia esimerkkejä siitä, miten infrapunaspektri-informaation avulla voidaan tehdä johtopäätöksiä molekyylirakenteesta.
Lisätietoja 3200-alueesta: Aminit , Amides ja Terminal Alkyne CH
Kun olemme alueella 3200 … Aminit ja amidit
Aminoilla ja amideilla on myös N-H-alueita, jotka näkyvät tällä alueella.
Huomaa, kuinka primaarisella amiinilla ja primaarisella amidilla on kaksi ”hampaita”, kun taas sekundaarisella amiinilla ja sekundäärisellä amidilla on yksi piikki. venymät; myös amidit voidaan erottaa vahvasta C = O-venymästä (katso alla).
Primaariset amiinit (napsauta spektrit)
- Aniliini
- Bentsyyliamiini
- Sykloheksyyliamiini
Sekundaariset amiinit:
- N-metyylibentsyyliamiini
- N, N-dibentsyyliamiini
- N-metyylianiliini
Primaariset amidit
- Propionamidi
- Bentsamidi
- Butaaniamidi
Sekundaariset amidit
- N-metyylibentsamidi
Pääte-alkyni-CH
Pääte-alkyyni on tyypillinen CH-venytys noin 3300 cm-1. Tässä se on etynyylibentseenille alla.
- Etynyylibentseeni
