1. ИК-спектроскопия

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ
ИССЛЕДОВАНИЯ В ХИМИИ
Модуль I «Основные методы
исследования в органической
химии»
Елена Александровна Краснокутская, д.х.н.,
профессор кафедры Биотехнологии и
Органической химии
Лекция №2
1. ИК-спектроскопия
• Валентные и деформационные колебания
• Важнейшие характеристические полосы
поглощения в области основных частот
колебаний органических молекул
2. Спектроскопия ядерного магнитного
резонанса
• Явление ядерного магнитного резонанса
• Протонный магнитный резонанс
(ПМР), или ЯМР 1Н
• Основные характеристики спектров
ЯМР 1Н
Валентные и деформационные колебания
Поглощением в инфракрасной области обладают молекулы,
дипольные моменты которых изменяются при возбуждении
колебательных движений ядер
Колебательные движения ядер,
приводящие к изменению длины
связи, называются валентными
колебаниями (n)
Колебательные движения ядер,
приводящие к изменению углов между
связями, называются
деформационными колебаниями (d)
ИК-спектроскопия «видит» функциональные группы
Валентные и деформационные колебания
nС≡С 2300-2000 см-1
nС=С 1900-1500 см-1
Валентные колебания
наблюдаются при
больших длинах волн;
Полосы поглощения
наиболее интенсивные
Ed<En
1350-400см-1
Наиболее важные и
надежно интерпретируемые
характеристические полосы
поглощения располагаются в
коротковолновой области
частот (4000 до 1500 см-1)
ИК-спектроскопия
(IR),
Инфракрасная
спектроскопия с
преобразованием
Фурье (Фурье-ИКС,
FT-IR)
Не путать!
ИК-спектр гексана
Рамановская
спектроскопия с
преобразованием
Фурье (FT-IR Ramen)
Коллоквиум 1. «Важнейшие характеристические полосы поглощения в
области основных частот колебаний органических
молекул»
Инфракрасные колебания аналитического значения
Группа
Частота, см-1
О-Н
3650-3200 (п.)
N-Н
3500-2900 (ср.)
С-Н
3500-2700 (с.-ср.)
S-Н
~2550 (ср.-сл.)
С≡С
~2200 (сл.)
N≡С
2200 (ср.-сл.)
С=О
1850-1650 (с.)
С=С
~1650 (ср.-сл.)
С-NО2
~1550(с.) и ~1350 (с.);
~900-850 (ср.)
С-О-
1300-1000 (с.-ср.)
С-F
1400-1000 (с.)
С-Сl
800-600 (с.)
С-Вr
650-500 (с.)
С-I
600-500 (с.)
S=O (IV)
1070-1030 (с.)
SO2 (VI)
~1150 (с.) и ~1330 (с.)
Спектроскопия ядерного магнитного резонанса
Спектроскопия ЯМР регистрирует переходы между
магнитными энергетическими уровнями атомных
ядер, вызываемые радиочастотным излучением
Сигналы в спектрах ЯМР могут давать
только ядра атомов, обладающих
нечетным спиновым числом
Спиновое квантовое число ядра –
число протонов и нейтронов в ядре
Из ядер атомов, наиболее часто встречающихся в органических соединениях,
магнитным моментом обладают изотопы 1Н, 13С, 19F, 31P, 15N, 17O
Наибольшее распространение получила спектроскопия протонного магнитного
резонанса (ПМР) и ЯМР 13С
Для анализа используются
дейтерированные растворители:
ацетон-d6;
ацетонитрил-d3;
ДМСО-d6;
четыреххлористый углерод;
хлороформ-d (СDCl3)
Для анализа необходимо ~ 1020 мг образца
Явление ядерного магнитного резонанса
Образование уровней энергии ядра при наложении внешнего магнитного поля Н0
ΔЕ = hν
Ядро со спином I может находиться в
магнитном поле в 2I+1 состояниях
Резонансная частота ядра - значение частоты,
которая вызывает переходы между
энергетическими уровнями данного ядра
ΔЕ зависит от молекулярного окружения возбуждаемого ядра, потому
имеется возможность связать величину ΔЕ со строением молекулы и в
конечном итоге определить структуру всей молекулы
Спектроскопия ЯМР 1Н «видит» ядра атомов водорода
Основные характеристики
спектров ЯМР 1Н:
•Химический сдвиг;
•Интегральная интенсивность сигнала;
•Константа спин-спинового взаимодействия
Химический сдвиг
Разность между резонансными частотами
определенного сигнала и сигнала стандарта
Внутренний стандарт –
тетраметилсилан (ТМС) Si(CH3)4
Выражают в миллионных долях (м.д.),
обозначают символом «δ»
Cl
Протоны с одинаковым
химическим сдвигом эквивалентны
по химическому сдвигу, или изохронны
H
Cl
H
H
H
H
H
H
H
C C
H
H
Изохронны, от трех протонов один сигнал
H
H
C
H C H
Анизохронны, каждый из двух протонов дает сигнал
H
Протоны, химические сдвиги
которых различны,
неэквивалентны по
химическому сдвигу, или
анизохронны
F C Cl
Br
H
H
Cl
C C
H
CH3
H
H3C
H
H
H3C O
H C S CH3
H3C
H
H
Cl
H
H
Cl