Az IR spektrumok értelmezése 1 perc vagy kevesebb alatt: A 2 legfontosabb dolog, amit keresni kell
Utolsó bejegyzésben röviden bemutattuk a kötési rezgések fogalmát, és láttuk, hogy a kovalens kötésekre úgy gondolhatunk, mint egy kicsit a golyókra és rugókra: a rugók rezegnek, és mindegyikük jellemző frekvencián “énekel” , amely a kötés erősségétől és az atomok tömegétől függ. Ezeknek a rezgéseknek olyan frekvenciái vannak, amelyek az elektromágneses spektrum középső infravörös (IR) tartományában vannak.
Ezt megfigyelhetjük és mérhetjük A kötések “éneklése” azáltal, hogy IR-sugárzást alkalmaz egy mintára, és megméri a frekvenciákat, amelyeken a sugárzás elnyelődik. Az eredmény egy infravörös spektroszkópia néven ismert technika, amely hasznos és gyors eszköz az adott molekulában jelenlévő kötések azonosítására.
Láttuk, hogy a víz IR-spektruma meglehetősen egyszerű – de továbbhaladva egy viszonylag összetett molekula, mint például a glükóz (lent) hirtelen egy csúcserdővel szembesültünk!
Az első benyomásod a kinézésről az IR lehet: agh! hogy kellene ezt értelmeznem ??
Amire azt akarom mondani: ne ess pánikba!
Tartalom-jegyzék
- Javítsunk ki néhány általános tévhitet az IR-ről
- A “Hunt And Peck” -nel kezdve nem járható út
- IR-spektroszkópia: a nagy kép
- A két fő dolog, amelyet egy IR-spektrumban kell keresni: „nyelvek” és „kardok”.
- alkoholok és karbonsavak: tovább Részlet
- Specifikus példák a karbonilcsoportok infravörös spektrumára
- Kevésbé fontos, de mégis hasznos: Két további nagyon diagnosztikai terület.
- Glükóz, áttekintve: Az 1 Percelemzés
Javítsunk ki néhány általános tévhitet az IR-ről
Ebben a bejegyzésben azt szeretném megmutatni, hogy az IR-spektrum tipikus elemzése sokkal egyszerűbb, mint gondolná . Valójában, miután megtudta, mire kell figyelnie, gyakran megteheti egy perc alatt vagy rövidebb idő alatt is. Miért?
- Az IR-t általában nem használják egy ismeretlen molekula teljes szerkezetének meghatározására. Például nincs életben olyan ember, aki megnézheti a fenti IR-spektrumot és levezetheti a glu szerkezetét cose belőle. Az IR egy nagyon specifikus felhasználású eszköz.
- Nem kell elemeznünk minden egyes csúcsot! (amint később meglátjuk, erre szolgál az NMR: -)). Ehelyett az IR kiválóan alkalmas bizonyos specifikus funkciós csoportok, például alkoholok és karbonilok azonosítására. Ily módon más technikák (például az NMR) kiegészítői, amelyek nem adják meg ilyen gyorsan az információkat.
Ezt szem előtt tartva egyszerűsíthetjük az IR-spektrum elemzését azáltal, hogy kivágjuk minden, kivéve a legalacsonyabban fekvő gyümölcsöt.
Látja azt az 500-1400 cm-1-es csúcserdőt? Alapvetően figyelmen kívül hagyjuk mindet!
A célunk szempontjából leghasznosabb információk 80% -át a spektrum két meghatározott területének megtekintésével lehet megszerezni: 3200-3400 cm-1 és 1650-1800 cm-1. Azt is látni fogjuk, hogy az infravörös spektrumnak még legalább két régiója van, amelyre érdemes pillantást vetni, és így lezárhatunk egy ismeretlen infravörös spektrumának “elsőrendű” elemzését.
Lényeg: Ennek a bejegyzésnek az a célja, hogy megmutassa, hogyan lehet az infravörös spektrum elemzése során az idő prioritásait meghatározni.
2. A “Hunt And Peck” kezdete nem az út
Egy tipikus új hallgató mit csinál egy ismeretlen infravörös spektrummal (és a növekvő pánik érzésével)?
Gyakran az első eszközhöz nyúlnak, amely a közös tartományok táblázata. az infravörös csúcsokhoz, amelyeket oktatójuk adott nekik.
Elemzésük következő lépése az, hogy végigmennek a spektrumon az egyik oldalról a másikra, megpróbálva minden egyes csúcsot a táblázat egyik számához illeszteni. . Tudom ezt, mert pontosan ezt tettem, amikor először megtanultam az IR-t. “Vadászatnak és csipegetésnek” hívom.
Az egyetlen ember, aki első lépésként “vadászik és csipeget”. akiknek nincs terve (pl. “újoncok”).
Tehát a következő bekezdések elolvasásával sok időt és zavart takaríthat meg magának.
A nagy kép
Az IR-spektroszkópiában azt mérjük, hogy a molekulák hol veszik fel az IR-sugárzás fotonjait. A csúcsok a spektrum azon területeit képviselik, ahol specifikus kötési rezgések lépnek fel. Csakúgy, mint a tömeg és a feszültség függvényében, a változó súlyú rugók a jellemző frekvenciákon rezegnek, a kötések is.
Íme egy áttekintés az IR ablakról 4000 cm -1 és 500 cm -1 között, különféle kiemelt régiókkal kiemelve.
Egy még tömörített áttekintés így néz ki: (forrás)
Ezekben a tartományokban két kiemelt területre kell összpontosítani, és két kevésbé prioritásos területre tárgyalja az alábbiakban.
4. A két fő dolog, amit egy IR-spektrumban kell keresni: “Nyelvek” és “Kardok”.
Ha új infravörös spektrummal szembesül, fontolja meg idejét két fontos kérdés feltevésével:
- Van-e széles, lekerekített csúcs a régióban 3400-3200 cm körül- 1? Itt jelennek meg a hidroxilcsoportok (OH).
- Van-e éles, erős csúcs a régióban 1850-1630 cm-1 körül? Itt jelennek meg a karbonilcsoportok (C = O).
Először nézzünk meg néhány példát a 3400 cm-1 és 3200 cm-1 közötti hidroxilcsoport-csúcsokra, amelyeket Jon ismertet. élénken “nyelvek”. Az összes csúcs az alkoholokhoz tartozik. A hidroxilcsoportok közötti hidrogénkötés az OH-kötés erősségének bizonyos változásaihoz vezet, ami rezgési energiák tartományát eredményezi. A variáció a megfigyelt széles csúcsokat eredményezi.
A karbonsavak részét képező hidroxilcsoportok megjelenése még tágabb, amelyet egy kicsit leírunk.
A lényeg, hogy a hidroxilcsoport általában nem olyan dolog, amit meg kell keresni az alapzajban.
Bár a hidroxilcsoportok a legelterjedtebb típusú csúcsok ebben a régióban, az NH csúcsok ezen a területen is megjelenhetnek (erről bővebben az alábbi lábjegyzetben olvashat). Hajlamosabbak a megjelenésük, és az NH-kötések számától függően egy vagy két csúcsként jelenhetnek meg.
Ezután le t nézzünk meg néhány példát a C = O csúcsokra, az 1630-1800 cm-1 körüli tartományban. Ezek a csúcsok szinte mindig a legerősebb csúcsok a teljes spektrumban, és viszonylag keskenyek, kissé “kardszerű” megjelenést kölcsönözve nekik .
Ez összefoglalja a 80/20 elemzésünket: keressen nyelveket és kardokat.
Ha nem tanulsz mást ebből a bejegyzésből, tanuld meg felismerni ezt a két csúcsfajtát!
Az IR-spektrum két másik régiója gyorsan hasznos információkkal szolgálhat, ha kiképzed magad őket.
3. A 3000 cm-1-nél lévő vonal hasznos “határ” a C – H alkén (3000 cm-1 fölött) és a C – H alkán (3000 cm-1 alatt) között. Ez gyorsan segíthet abban, hogy megállapítsák, vannak-e kettős kötések.
4. A csúcs a 2200 cm-1 – 2050 cm-1 körüli régióban finom jelzi a hármas kötés jelenlétét. Ebben a régióban semmi más nem jelenik meg.
Általános ész emlékeztető
Először néhány nyilvánvaló tanács:
- ha megkapja a molekulaképletet, ez meghatározza, hogy mely funkcionális csoportokra kell keresnie. értelemszerűen keressen OH csoportokat, ha nincs oxigénje a molekulaképletében, vagy hasonlóképpen egy amin jelenléte, ha a képletből hiányzik a nitrogén.
- Kevésbé nyilvánvaló, ha kiszámítja a telítetlenség mértékét, ha megkapja a molekulát képlet, mert fontos nyomokat ad. Ne keressen C = O-t egy olyan szerkezetben, mint a C4H10O, amelynek nincs telítetlenségi foka.
5. Alkoholok és karbonsavak: További részletek
Alkoholok
Le t nézzünk meg egy konkrét példát, hogy mindent perspektívában láthassunk. Az alábbi spektrum az 1-hexanolra vonatkozik.
Vegye figyelembe, hogy az alkoholra jellemző 3300 cm-1 körüli hidroxilcsoport-csúcs (Ez a 3600 cm-1 körüli éles csúcs gyakori kísérője a hidroxil-csúcsoknak: nem hidrogénkötésű OH).
Amint az 1-hexanolra számítani lehetett, nincs 1700 cm-1 körüli árulkodó karbonilcsúcs. A kezdőknek kísértés lehet, hogy ezt a tőrszerű erős csúcsot körülbelül 1450 cm-1-nél jelöljék meg lehetséges C = O szakasznak. Ez nem. (valószínűleg C-H kanyar). A variációk csak nagyon szűk tartományon belül fordulnak elő, és nagyon valószínűtlen, hogy 1650 cm-1 alatti C = O szakaszot látjon. Minél több spektrumot lát, annál jobb lesz ezeknek az ítéleteknek a meghozatalában.
A variáció ismeretének megismeréséhez íme néhány további példa különböző alkoholok teljes IR-spektrumának.
- Fenol
- Ciklohexanol
- 1-butanol
Karbonsavak
A karbonsavak hidroxilcsoportjai lényegesen szélesebbek, mint az alkoholoké. Jon “szőrös szakállnak” nevezi, ami tökéletes leírás. Megjelenésük is nagyon változó. A karbonsavakban az OH abszorpciója olyan széles lehet, hogy 3000 cm-1 alá nyúlik, nagyjából “átveszi” a bal kezet a spektrum része.
Íme egy példa: butánsav.
Íme néhány további példa teljes spektrum, így láthatja a variációt.
- Benzoesav,
- Pentánsav,
- Ecetsav
Az alkohol OH és a karbonsav OH megjelenésének különbsége általában diagnosztikus. Abban a ritka esetben, amikor nem biztos abban, hogy a széles csúcs egy alkohol vagy egy karbonsav OH-jának köszönhető-e, az egyik javaslat az, hogy ellenőrizze az 1700 cm körüli területet a C = O szakaszon. Ha nincs, akkor valószínűleg egy alkoholt néz.
A karbonilcsoportok infravörös spektrumának specifikus példái
A második fontos csúcsrégió a karbonil C = O szakasz kb. 1630-1830 cm. A karbonil szakaszok élesek és erősek.
Ha meglát néhányat, lehetetlen kihagyni őket. Semmi más nem jelenik meg ebben a régióban.
A perspektívába helyezéshez íme a hexanal IR-spektruma. Ez a csúcs kissé 1700 cm-1 után a C = O szakasz. Amikor jelen van, a C = O szakasz szinte mindig az IR spektrum legerősebb csúcsa, és lehetetlen kihagyni.
A C = O szakasz helyzete karbonilcsoportonként kissé változik. Néhány tartomány (cm-1-ben) az alábbiakban látható:
A konjugáció némileg befolyásolja a C = O szakasz helyzetét, alacsonyabb hullámszámra mozgatva.
Megfelelő ökölszabály. az, hogy soha nem látod soha a C = O szakaszát 1630 alatt. Ha például egy 1500-as erős csúcsot látsz, az nem C = O. Ez valami más.
Kevésbé fontos, de mégis hasznos: Két további nagyon diagnosztikai terület.
- A CH nyújtási határa 3000 cm-1-nél
3000 cm-1 hasznos elválasztó vonal. Ezen vonal felett magasabb frekvenciájú C-H szakaszok figyelhetők meg, amelyeket az sp2 hibridizált C-H kötéseknek tulajdonítunk. Két alábbi példa: 1-hexén (vegye figyelembe a kissé magasabb csúcsot) és benzol.
Csak sp3-hibridizált CH kötéseket tartalmazó molekulák esetében a vonalak 3000 cm-1 alatt jelennek meg, mint a hexánban , lent.
2. A megkülönböztető hármas kötés régió 2200 cm-1 körül
A hármas kötésű molekulák viszonylag ritkán jelennek meg a dolgok nagy sémájában, de amikor mégis, mégis megkülönböztető nyomuk van az IR-ben.
A 2000 cm-1 és a 2400 cm-1 közötti régió kissé “szellemváros” az IR-spektrumokban; ebben a régióban nagyon kevés jelenik meg. Ha ebben a régióban csúcsokat lát, akkor valószínű jelölt hármas kötésű szén, például alkin vagy nitril.
Vegye figyelembe, hogy az alkin csúcsai milyen gyengék. Ez az egyik kivétel az a szabály, hogy figyelmen kívül kell hagyni a gyenge csúcsokat. Ennek ellenére óvatosságra van szükség: ha megkapja a molekulaképletet, erősítse meg, hogy az alkin lehetséges a telítetlenség mértékének kiszámításával és annak biztosításával, hogy legalább 2 vagy több legyen.
A terminális alkinek (például az 1-hexin) erős CH-nyúlása 3400 cm-1 körüli, ami erősebben diagnosztikus.
Glükóz, áttekintve: Az 1 perces elemzés
OK. Elmentünk r 4 régió, amelyek hasznosak egy IR-spektrum gyors elemzéséhez.
Most térjünk vissza, és nézzük meg a glükóz IR-ját. Mit látunk?
Íme a két fontos dolog:
Továbbá, ha egy kis extra időt szánunk, amit láthatunk:
- nincs alkén CH (nincsenek 3000 cm-1 feletti csúcsok)
- Semmi nincs hármas kötésű régióban (ritka, de mégis könnyű megtanulni ellenőrizni)
Most: Ha ezt a spektrumot “ismeretlen” -ként kapta meg a C6H12O6 molekulaképlettel együtt, milyen következtetéseket vonhat le a szerkezetéről?
- A molekulának legalább egy OH csoportja van (és esetleg több is)
- A molekulának nincsenek C = O csoportjai
- A molekula * valószínűleg * nincsenek alkénjei. Ha vannak alkének, akkor azok nem hordoznak CH-kötést, mert látnánk, hogy CH-juk 3000 cm-1 fölé nyúlik.
A egy fokú hidrogénhiányú molekula (C6H12O6), de nincs C = O, és valószínűleg nincs C = C?
Jó tipp lenne, ha a molekula tartalmazna egy gyűrűt. (Tudjuk, hogy ez a helyzet, természetesen, de jó látni, hogy az IR megerősíti a wha-t t már tudjuk).
Ezt tudja megmondani a glükóz IR 1 perces elemzése. Nem a teljes szerkezet, ne feledje, de minden bizonnyal néhány fontos darab.
Ez mára elég. A következő bejegyzésben további 1 perces elemzéseket fogunk végezni, és konkrétabb példákat adunk arra, hogyan lehet az infravörös spektrumban lévő információkat felhasználni a molekulaszerkezetre vonatkozó következtetések levonására.
További információ a 3200 régióról: Aminok , Amides és az Alkyne CH terminál
Amíg a 3200 régióban vagyunk … Aminok és amidok
Az aminok és amidok N-H szakaszokkal is rendelkeznek, amelyek megjelennek ebben a régióban.
Figyelje meg, hogy az elsődleges aminnak és az elsődleges amidnak két “agyara” van, míg a másodlagos aminjának és a másodlagos aminnak egyetlen csúcsa van.
Az aminszakaszok általában élesebbek, mint az amidok szakaszok; az amidok is megkülönböztethetők egy erős C = O nyúlással (lásd alább).
Elsődleges aminok (kattints a spektrumra)
- Anilin
- Benzilamin
- Ciklohexilamin
Szekunder aminok:
- N-metilbenzilamin
- N, N-dibenzilamin
- N-metil-anilin
Elsődleges amidok
- Propionamid
- Benzamid
- Butánamid
Szekunder amidok
- N-metil-benzamid
Alkin-CH terminális
Terminális alkinek jellegzetes CH-szakasza 3300 cm-1 körül van. Itt az etinilbenzolra vonatkozik.
- Etinilbenzol
