Jak analizować widmo IR?

Transkrypt

1 Jak analizować widmo IR?

2 Literatura: W. Zieliński, A. Rajca, Metody spektroskopowe i ich zastosowanie do identyfikacji związków organicznych. WNT. R. M. Silverstein, F. X. Webster, D. J. Kiemle, Spektroskopowe metody identyfikacji związków organicznych. PWN

3 WIDMO IR OKTAN-2-ONU

4

5 W celu zapamiętania charakterystycznych sygnałów absorpcyjnych w widmie IR można cały zakres podzielić na cztery części. Obszar cm -1 odpowiada absorpcji wynikającej najczęściej z obecności w cząsteczce grup N-H, C-H, O-H. Pasma w tym zakresie odpowiadają drganiom rozciągającym. Obszar cm -1, sygnały w tym zakresie wskazują na obecność w związku grup zawierających wiązania potrójne np. alkiny C C, nitryle C N. Obszar cm -1, pasma w tym zakresie pochodzą głównie od różnego rodzaju wiązań podwójnych (C=O, C=C, C=N).

6 zakres poniżej 1500 cm -1 nazwany "zakresem daktyloskopowym" (fingerprint region), posiada układ pasm charakterystycznych dla danej cząsteczki. Są tutaj pasma drgań rozciągających wiązań pojedynczych np. C-C, C-O, C-N oraz wiele pasm odpowiadających drganiom deformacyjnym. Zakres ten wykorzystywany jest do identyfikacji badanej substancji na podstawie porównania jej widma IR z widmem związku wzorcowego, i tak jak w daktyloskopii identyczność zakresu odcisku palca stanowi potwierdzenie identyczności badanego związku z wzorcem.* *FB. Drożdż, M. Tarsa, M. Żylewski, Fragment skryptu: Spektroskopia IR

7 Obszar cm -1 jest nazywany regionem daktyloskopowym. Pasma w tym obszarze podchodzą od złożonych drgań szkieletowych dających w rezultacie skomplikowany obraz. Zazwyczaj obszar ten jest dość złożony i trudny w interpretacji, jednakże każdy związek organiczny ma swój unikalny wzór absorpcji odcisk palca, który może być stosowanych do identyfikacji związków poprzez porównanie z obszarem daktyloskopowym wzorca.* *

8 NAJWAŻNIEJSZE ZAKRESY W WIDMIE IR - O H N H C H C Y C =O X=Y finger print out-of-plane cm -1 finger print odcisk palca out-of-plane zakres drgań zginających wiązanie H-Csp2 polegających na ruchu atomu wodoru w kierunku prostopadłym do płaszczyzny utworzonej przez wiązania atomu węgla

9 Jak analizować widmo IR? Analizując widma w podczerwieni można stwierdzić, że nawet dla dość prostych związków zawierających jedną grupę funkcyjną, widma składają się z wielu pasm absorpcyjnych, z których nie wszystkie można zinterpretować. Bardzo istotne jest to, aby w obszarze częstości cm -1 odnaleźć charakterystyczne pasma grup funkcyjnych cm-1 N H rozciągające I i II-rzędowe aminy cm -1 O H rozciągające alkohole, szerokie i silne pasmo cm -1 C H rozciągające alkeny cm -1 C H rozciągające Alkany cm -1 C=O rozciągające ketony, aldehydy, estry cm -1 C=C rozciągające alkeny

10 Rozpoczynamy analizę od zakresu cm -1. Patrzymy na zakres drgań rozciągających C H około 3000 cm -1 : W próbce występują: Czy pasma znajdują się na prawo od 3000 cm -1? Grupy alkilowe (obecne w większości związków organicznych) Czy są jakieś pasma na lewo od 3000 cm -1? Wiązania wielokrotne lub aromatyczne w cząsteczce Warto zapamiętać, że: tylko alkeny i związki aromatyczne dają pasmo absorpcyjne drgań rozciągających C H nieco powyżej 3000 cm -1. Związki, które nie posiadają wiązania C=C mają pasmo absorpcyjne drgań rozciągających C H poniżej 3000 cm -1.

11 Alkany Widma prostych alkanów charakteryzuje absorpcja drgań rozciągających i zginających grup C H (drgania C C rozciągające są zbyt słabe, aby mogły być zarejestrowane). W widmach prostych alkanów, które maja bardzo mało pasm, każde pasmo w widmie można zinterpretować. C H rozciągające od cm -1 C H zginające lub nożycowe od cm -1 C H kołyszące CH 2 od cm -1 C H kołyszące widoczne jedynie w długołańcuchowych alkanach od cm -1

12 Alkeny Alkeny są związkami posiadającymi wiązanie podwójne C=C. Drganie rozciągające C=C zazwyczaj daje średnio intensywne pasmo w obszarze cm -1. Drgania rozciągające wiązań C=C H występują przy wyższej częstości niż podobne drgania C C H w alkanach. Warto zapamiętać, że: tylko alkeny i związki aromatyczne dają pasma absorpcyjne C-H rozciągające nieco powyżej 3000 cm -1. Związki nieposiadające wiązań wielokrotnych C=C dają pasma absorpcyjne tylko poniżej 3000 cm -1. Najsilniejsze pasma występujące w widmach alkenów pochodzą od drgań zginających węgiel wodór grupy =C H. Pasma te występują w obszarze cm -1 (uwaga: pasma te zachodzą na obszar daktyloskopowy). Podsumowanie: C=C rozciągające cm -1 ; =C H rozciągające cm -1 =C H zginające cm -1

13 Grupa OH (alkohole, fenole, kwasy) Grupa O-H w alkoholach i fenolach wykazuje charakterystyczną absorpcję w zakresie cm -1. Występują tutaj pasma drgań rozciągających O-H. Tworzenie wiązań wodorowych ma wpływ na kształt i położenie pasm absorpcyjnych drgań rozciągających grupy O-H. Tworzenie wiązań wodorowych prowadzi do powstania dimerów i poliasocjatów, wówczas obserwuje się szerokie pasmo w obszarze cm -1. Położenie silnych pasm rozciągających C-O zależy od rzędowości alkoholu. Dla I-rzędowych występuje przy cm -1, dla II-rzędowych przy cm -1, a dla III-rzędowych przy cm -1. Fenole badane w stanie stałym (zawiesina, pastylka) absorbują przy cm -1 oraz cm -1. Pasma drgań deformacyjnych O-H leżą w obszarze cm -1 oraz cm -1 i mają małą wartość identyfikacyjną. Kwasy karboksylowe charakteryzują się bardzo szerokim pasmem drgań O-H (związanych z występowaniem wiązań wodorowych), którego maksimum występuje ok cm -1 a zakres obejmuje cm -1.

14 Związki zawierające grupę C=O W widmach związków karbonylowych pasmo drgań rozciągających C=O występuje w zakresie cm -1, jest bardzo charakterystyczne ze względu na dużą intensywność. Położenie tego pasma zależy od obecności i usytuowania innych grup funkcyjnych w związku oraz rozpuszczalnika. Jednak dla poszczególnych typów związków pasmo drgań rozciągających C=O jest umiejscowione w dość wąskim zakresie. Tabela. Charakterystyczne zakresy absorpcji w podczerwieni związków z grupą C=O

15 POŁOŻENIE PASMA n C=O W WIDMACH IR ZWIĄZKÓW KARBONYLOWYCH O O O O O MeC MeC MeC MeC MeC OPh OMe Me Ph NMe O O MeC MeC Cl OH monomer O MeC H 1731 O MeC 1714 NH 2 monomer O MeC NHMe 1688 monomer cm-1

16 Aminy Dla amin charakterystyczne pasma absorpcji w podczerwieni występują w obszarze cm -1, cm -1 oraz cm -1, są związane z drganiami wiązań N-H i C-H. Pierwszorzędowe aminy wykazują dwa pasma w zakresie cm -1 (drgania rozciągające asymetryczne i symetryczne N-H), aminy drugorzędowe mają tylko jedno pasmo w tym zakresie a dla amin trzeciorzędowych absorpcja w tym zakresie nie występuje. Pasma te dla amin aromatycznych są znacznie intensywniejsze niż dla amin alifatycznych. Drgania rozciągające C-N dają pasma występujące powyżej 1000 cm -1. Dla amin alifatycznych pasma te pojawiają się w zakresie , a dla amin aromatycznych cm -1.