1分以内にIRスペクトルを解釈する方法：探すべき2つの最も重要なこと
前回の投稿では、結合振動の概念を簡単に紹介しました。共有結合は、ボールやスプリングのようなものと考えることができます。スプリングは振動し、それぞれが特徴的な周波数で「歌う」のです。 、これは結合の強さと原子の質量に依存します。これらの振動は、電磁スペクトルの中赤外（IR）領域にある周波数を持っています。
これを観察および測定できます。サンプルにIR放射を適用し、放射が吸収される周波数を測定することによる結合の「歌」。その結果、赤外線分光法と呼ばれる手法が生まれました。これは、特定の分子に存在する結合を特定するための便利で迅速なツールです。
水のIRスペクトルは非常に単純であることがわかりましたが、次に進みます。ブドウ糖のような比較的複雑な分子（下）私たちは突然山頂の森に直面しました！
見たときの第一印象そのIRで：ああ！どうやってそれを理解するのですか??
言いたいのは、慌てる必要はありません！
目次
- IRに関する一般的な誤解を修正しましょう
- 「ハントアンドペック」で始めるのは道ではありません
- IR分光法：全体像
- IRスペクトルで探すべき2つの主なもの：「舌」と「剣」。
- アルコールとカルボニル酸：詳細詳細
- カルボニル官能基のIRスペクトルの具体例
- それほど重要ではないが、それでも有用：さらに2つの非常に診断的な領域。
- グルコース、再考：1分の分析
IRに関する一般的な誤解を修正しましょう
この投稿では、IRスペクトルの一般的な分析が想像以上に簡単であることを示したいと思います。 。実際、何を探すべきかを学んだら、1分以内で完了することがよくあります。なぜですか？
- IRは通常、未知の分子の全体構造を決定するために使用されません。たとえば、上記のIRスペクトルを見て、gluの構造を推測できる人は生きていません。それからのコース。 IRは、非常に特殊な用途のツールです。
- すべてのピークを分析する必要はありません。 （後で見るように、それがNMRの目的です：–））。代わりに、IRは、アルコールやカルボニルなどの特定の官能基を特定するのに最適です。このように、この情報をそれほど速く得られない他の技術（NMRなど）を補完します。
これを念頭に置いて、切り出すことでIRスペクトルの分析を簡素化できます。最も低い果実を除くすべて。
500〜1400 cm-1の山頂の森をご覧ください。基本的にそれらすべてを無視します！
私たちの目的に最も役立つ情報の80％は、スペクトルの2つの特定の領域（3200〜3400 cm-1と1650-1800）を調べることで取得できます。 cm-1。また、一瞥する価値のあるIRスペクトルの領域が少なくとも2つあることがわかり、未知のIRスペクトルの「一次」分析を終了します。
結論：この投稿の目的は、IRスペクトルの分析で時間を優先する方法を示すことです。
2。「ハントアンドペック」から始めるのは道ではありません
未知の（そしてパニックの高まりの感覚）のIRスペクトルに直面して、典型的な新入生は何をしますか？
彼らはしばしば、与えられた最初のツールに手を伸ばします。これは一般的な範囲の表です。インストラクターから与えられたIRピークの場合。
分析の次のステップは、スペクトルを一方から次へと調べ、すべてのピークを表の数値の1つに一致させようとすることです。 。これは私が最初にIRを学んだときに行ったこととまったく同じなので、私はこれを知っています。私はそれを「狩猟とつつく」と呼んでいます。
最初のステップとして「狩猟とつつく」をするのは人だけです計画のない人（つまり「初心者」）。
次の数段落を読むことで、時間と混乱を大幅に節約できます。
全体像
IR分光法では、分子がIR放射の光子を吸収する場所を測定します。ピークは、特定の結合振動が発生するスペクトルの領域を表します。さまざまな重量のばねが質量と張力に応じて特徴的な周波数で振動するように、結合も同様です。
これは4000cm-1から500cm -1までのIRウィンドウの概要であり、さまざまな関心領域が強調表示されています。
さらに圧縮された概要は次のようになります:(ソース）
これらの範囲内に、焦点を当てる2つの優先度の高い領域と、優先度の低い2つの領域があります。以下でさらに説明します。
4. IRスペクトルで探すべき2つの主なこと： 「舌」と「剣」。
新しいIRスペクトルに直面したときは、2つの重要な質問をして時間を優先します。
- 3400〜3200 cm付近の領域に広く丸いピークがありますか？ 1？ここにヒドロキシル基（OH）が現れます。
- 1850〜1630 cm-1付近に、鋭く強いピークがありますか？ここにカルボニル基（C = O）が現れます。
まず、ジョンが説明している3400cm-1から3200cm-1の領域のヒドロキシル基のピークの例をいくつか見てみましょう。 「舌」として鮮やかに。以下のピークはすべてアルコールに属します。ヒドロキシル基間の水素結合により、OH結合強度にいくつかの変動が生じ、その結果、さまざまな振動エネルギーが発生します。この変動により、広いピークが観察されます。
カルボン酸の一部であるヒドロキシル基は、後で説明するさらに広い外観を持っています。
要点は、ヒドロキシル基は通常、ベースラインノイズで探す必要のあるものではないということです。
ヒドロキシル基はこの領域で最も一般的なタイプのブロードピークですが、NHピークこの領域にも表示される可能性があります（詳細については、以下の脚注を参照してください）。外観がシャープになる傾向があり、NH結合の数に応じて1つまたは2つのピークとして表示される場合があります。
次に、ル1630〜1800 cm-1付近のC = Oピークの例をいくつか見てみましょう。これらのピークは、ほとんどの場合、スペクトル全体で最も強いピークであり、比較的狭く、やや「剣のような」外観になっています。 。
これで、80/20の分析が要約されます。舌と剣を探してください。
この投稿から他に何も学ぶことはありません。これら2種類のピークを認識することを学びましょう！
IRスペクトルの他の2つの領域は、それらを探すように訓練すれば、すぐに役立つ情報を得ることができます。
3。 3000 cm-1の線は、アルケンC–H（3000 cm-1より上）とアルカンC–H（3000 cm-1より下）の間の有用な「境界」です。これは、二重結合が存在するかどうかをすばやく判断するのに役立ちます。
4. 2200 cm-1〜2050 cm-1付近の領域のピークは、二重結合の存在を示す微妙な指標です。この領域には他に何も表示されません。
常識的なリマインダー
最初に、いくつかの明白なアドバイス：
- 分子式が与えられた場合、それはあなたが探すべき官能基を決定します。分子式に酸素がない場合はOH基を探す、または式に水素がない場合はアミンが存在するかどうかを確認する意味があります。
- 分子が与えられている場合は、不飽和度を計算します。重要な手がかりを提供するため、式。C4H10Oのように不飽和度のない構造でC = Oを探しないでください。
5.アルコールとカルボン酸：詳細
アルコール
Le特定の例を見て、すべてを遠近法で見ることができます。以下のスペクトルは1-ヘキサノールのものです。
アルコールに典型的な、3300 cm-1付近のヒドロキシル基のピークに注意してください（3600 cm-1付近の鋭いピークは、ヒドロキシルピークの一般的なコンパニオンです。非水素結合OH）。
1-ヘキサノールに期待されるように、1700cm-1付近に明確なカルボニルピークはありません。初心者は、約1450cm-1にある短剣のような強いピークをC = Oストレッチの可能性としてラベル付けしたくなるかもしれません。そうではない。 （おそらくC-Hベンドです）。変動は非常に狭い範囲内でのみ発生し、C = Oが1650cm-1をはるかに下回る範囲で伸びる可能性はほとんどありません。表示されるスペクトルが多いほど、これらの判断を下すことができます。
バリエーションに慣れるために、さらにいくつかの例を示します。さまざまなアルコールのIRスペクトル全体の分析。
- フェノール
- シクロヘキサノール
- 1-ブタノール
カルボン酸
カルボン酸のヒドロキシル基は、アルコールよりもかなり広いです。ジョンはそれを「毛むくじゃらのあごひげ」と呼んでいます。これは完璧な説明です。外観も非常に多様です。カルボン酸のOH吸収は非常に広いため、3000 cm-1未満に広がり、左手をほぼ「引き継ぐ」ことができます。スペクトルの一部です。
例：ブタン酸。
その他の例をいくつか示します。変化を確認できるように完全なスペクトル。
- 安息香酸、
- ペンタン酸、
- 酢酸
アルコールのOHとカルボン酸のOHの外観の違いは、通常、診断に役立ちます。ブロードピークがアルコールまたはカルボン酸のOHによるものかどうかわからないまれなケースでは、1700cm付近の領域でC = Oストレッチを確認することをお勧めします。存在しない場合は、アルコールを探している可能性があります。
カルボニル官能基のIRスペクトルの具体例
2番目に重要なピーク領域は、約2番目のカルボニルC = O伸縮領域です。 1630〜1830cm。カルボニルストレッチはシャープで強いです。
一度見たら、見逃すことはできません。この領域には他に何も表示されません。
全体像を把握するために、ヘキサナールのIRスペクトルを示します。 1700 cm-1の少し後のピークは、C = Oストレッチです。存在する場合、C = Oストレッチはほとんどの場合IRスペクトルで最も強いピークであり、見逃すことはできません。
C = Oストレッチの位置は、カルボニル官能基によってわずかに異なります。いくつかの範囲（cm-1）を以下に示します。
活用は、C = Oストレッチの位置にいくらか影響を与え、波数を低くします。
適切な経験則つまり、1630を下回るC = Oストレッチは決して見られません。たとえば、1500に強いピークが見られる場合、それはC = Oではありません。それは別のことです。
それほど重要ではありませんが、それでも有用です：さらに2つの非常に診断的な領域。
- 3000cm-1でのCHストレッチ境界
3000cm-1は便利な分割線として機能します。この線より上では、sp2混成C-H結合に起因するより高い頻度のC-Hストレッチが観察されます。以下の2つの例：1-ヘキセン（少し高いピークに注意）とベンゼン。
sp3でハイブリダイズしたCH結合のみを持つ分子の場合、線はヘキサンのように3000cm-1未満に表示されます。 、以下。
2。約2200cm-1の特徴的な三重結合領域
三重結合を持つ分子は、物事の壮大なスキームでは比較的まれにしか現れませんが、そうなると、IRに特徴的な痕跡があります。
2000cm-1から2400cm-1の間の領域は、IRスペクトルでは少し「ゴーストタウン」です。この領域に表示されるものはほとんどありません。この領域にピークが見られる場合は、次の候補が考えられます。アルキンやニトリルなどの三重結合炭素。
アルキンのピークがどれほど弱いかに注意してください。これは1つの例外です。弱いピークを無視する必要があるというルール。それでも注意が必要です。分子式が与えられている場合は、不飽和度を計算し、少なくとも2以上であることを確認して、アルキンが可能であることを確認してください。
末端アルキン（1-ヘキシンなど）も3400 cm-1付近に強いCH伸縮性があり、より強力に診断できます。
グルコース、再考：1分間の分析
OK。私たちは行きましたrIRスペクトルの迅速な分析に役立つ4つの領域。
ここで、戻ってグルコースのIRを見てみましょう。何が表示されますか？
注意すべき2つの重要な点は次のとおりです。
また、確認できるように少し時間がかかります。
- アルケンCHがない（3000 cm-1を超えるピークがない）
- 三重結合領域には何もありません（まれですが、それでも確認するのは簡単です）
今：このスペクトルが分子式C6H12O6とともに「不明」として与えられた場合、その構造についてどのような結論を導き出すことができますか？
- 分子には少なくとも1つ（場合によってはそれ以上）のOH基があります
- 分子にはC = O基がありません
- 分子*おそらく*はアルケンを持っていません。アルケンが存在する場合、CHが3000 cm-1を超えて伸びているのがわかるため、CH結合はありません。
A 1度の水素欠乏（C6H12O6）があるが、C = Oがなく、C = Cがない可能性が高い分子？
分子に環が含まれていると推測されます（これが当てはまることがわかっています、もちろんですが、IRがwhaを確認するのを見るのはいいことです
これは、ブドウ糖のIRの1分間の分析からわかることです。全体の構造ではありませんが、確かにいくつかの重要な部分があります。
今日はこれで十分です。次の投稿では、さらに1分間の分析を行い、IRスペクトルの情報を使用して分子構造に関する結論を導き出す方法のより具体的な例を示します。
3200領域の詳細：アミン、Amides、およびTerminal Alkyne CH
3200地域にいる間…。アミンとアミド
アミンとアミドにも、この領域に現れるN-Hストレッチがあります。
第一級アミンと第一級アミドには2つの「牙」があり、第二級アミンと第二級アミドには単一のピークがあることに注意してください。
アミンの伸びはアミドよりも鋭い傾向がありますストレッチ;また、アミドは強いC = Oストレッチによって区別できます（以下を参照）。
一級アミン（スペクトルはクリック）
- アニリン
- ベンジルアミン
- シクロヘキシルアミン
二級アミン：
- N-メチルベンジルアミン
- N、N-ジベンジルアミン
- N-メチルアニリン
一級アミド
- プロピオンアミド
- ベンズアミド
- ブタナミド
二級アミド
- N-メチルベンズアミド
末端アルキンCH
末端アルキン特徴的なCHストレッチは約3300cm-1です。これは以下のエチニルベンゼン用です。
- エチニルベンゼン
