11.5: Інфрачервоні спектри деяких загальних функціональних груп

Last updated
Save as PDF

Page ID: 23991

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Загальні групові частоти резюме

Аналізуючи ІЧ-спектр, корисно накласти діаграму нижче на спектр з нашим розумом, щоб допомогти розпізнати функціональні групи.

групова частота1 (1) .gif — Малюнок 1. Групова частота і відбитки пальців області середнього інфрачервоного спектра

Область інфрачервоного спектра від 1200 до 700 см ^-1 називається областю відбитків пальців. Цей регіон примітний великою кількістю інфрачервоних смуг, які там зустрічаються. У цій області виявлено багато різних вібрацій, включаючи C-O, C-C та C-N одинарні зв'язки, коливання згинання C-H та деякі смуги через бензольні кільця. Область відбитків пальців часто є найскладнішою та заплутаною областю для інтерпретації і, як правило, є останньою частиною спектра, яку слід інтерпретувати. Однак корисність області відбитків пальців полягає в тому, що багато смуг там забезпечують відбиток пальця для молекули.

Групові частоти - уважний погляд

Детальна інформація про інфрачервоні поглинання, що спостерігаються для різних зв'язаних атомів і груп, зазвичай представлена в табличній формі. У наступній таблиці наведено збір таких даних для найбільш поширених функціональних груп. Дотримуючись колірної схеми діаграми, поглинання розтягування перераховані в розділі синіх відтінків і поглинання згинання в зеленій затіненій частині. Більш докладні описи певних груп (наприклад, алкени, арени, спирти, аміни та карбонільні сполуки) можна переглянути, натиснувши на назву функціонального класу. Оскільки більшість органічних сполук мають C-H зв'язки, корисним правилом є те, що поглинання в 2850 до 3000 см ^-1 відбувається за рахунок sp ³ C-H розтягування; тоді як поглинання вище 3000 см ^-1 відбувається від sp ² C-H розтягування або sp C-H розтягування, якщо воно близько 3300 см ^-1.


	Розтягування вібрацій			Вигин вібрації
Функціональний клас	Діапазон (см ^-1)	Інтенсивність	Призначення	Діапазон (см ^-1)	Інтенсивність	Призначення
Алкани	2850-3000	вул.	СН ₃, СН ₂ і СН 2 або 3 смуги	1350-1470 1370-1390 720-725	мед мед WK	СН ₂ & СН ₃ деформація СН ₃ деформація СН ₂ гойдалки
Алкени	3020-3100 1630-1680 1900-2000	вул. Мед вар	= C-H & = CH ₂ (зазвичай гострий) C = C (симетрія зменшує інтенсивність) C = C асиметрична розтяжка	880-995 780-850 675-730	вул мед мед	= C-H & = CH ₂ (поза площині згинання) CIS-RCH = Chr
Алкіни	330 2100-250	вул вар	C-H (зазвичай гострий) CC (симетрія знижує інтенсивність)	600-700	вул.	Деформація С-Н
Аренес	3030 1600 & 1500	вар мед-ск	C-H (може бути кілька смуг) C = C (в кільці) (2 смуги) (3, якщо сполучені)	690-900	стр-мед	C-H згинання та кільцеве стягування
Спирти та феноли	3580-3650 3200-3550 970-1250	вар вул.	O-H (вільний), зазвичай гострий O-H (H-пов'язаний), зазвичай широкий C-O	1330-1430 650-770	мед вар-WK	O-H вигин (в площині) O-H вигин (поза площиною)
Аміни	3400-3500 (діл. сол.) 3300-3400 (кріп. сол.) 1000-1250	wk wk мед	N-H (1°-аміни), 2 смуги N-H (2°-аміни) C-N	1550-1650 660-900	мед-стр вар	Ножиці NH ₂ (1° -аміни) NH ₂ & N-H вилягання (зрушення на H-зв'язуванні)
Альдегіди та кетони	2690-2840 (2 смуги) 1720-1740 1710-1720
Мед вул вул вул вул.	C-H (альдегід C-H) C = O (насичений альдегід) C = O (насичений кетон) арилкетон α, β-ненасичення циклопентанон циклобутанону	1350-1360 1400-1450 1100	вул. Мед	α-СН ₃ згинання α-СН ₂ згинання C-C-C згинання
Карбонові кислоти та похідні	2500-3300 (кислоти) перекривають С-Н 1705-1720 (кислоти) 1210-1320 (кислоти)
вул. вул . Мед-вул вул вул.	O-H (дуже широкий) C = O (H-зв'язаний) O-C (іноді 2-піки) C = O C=O (2-смуги) O-C = O C = O C (2-смуги) C = O (амід I діапазону)	1395-1440 1590-1650 1500-1560	мед мед мед	C-O-H згинання N-H (1° -амід) II смуга N-H (2° -амід) II смуга
Ізоціанати нітрилів, ізотіоціанати, диміди, азиди та кетени	2240-2260 2100-270	мед мед	CN (гострий) -Н = С = О, -Н = С = S -Н = Н-, -N ₃, С = С = О

Розпізнавання групових частот в ІЧ-спектрах - дуже пильний погляд

Вуглеводні

Сполуки вуглеводнів містять лише C-H та C-C зв'язки, але є багато інформації, яку потрібно отримати з інфрачервоних спектрів, що виникають внаслідок розтягування C-H та згинання C-H.

У алканів, які мають дуже мало смуг, кожній смузі в спектрі можуть бути призначені:

С—Н розтяжка від 3000—2850 см ^-1
C—H вигин або ножиці від 1470-1450 см ^-1
С—Н порода, метил від 1370-1350 см ^-1
С—Н порода, метилова, спостерігається тільки в довгих ланцюгових алканах, від 725-720 см ^-1

На малюнку 3. показаний ІЧ-спектр октану. Оскільки більшість органічних сполук мають ці особливості, ці коливання C-H зазвичай не відзначаються при інтерпретації рутинного ІЧ-спектра. Зверніть увагу, що зміна дипольного моменту щодо відстані для розтягування C-H більша, ніж для інших показаних, тому смуга розтягування C-H є більш інтенсивною.

октан (1) .png — Малюнок 3. Інфрачервоний спектр октану

У сполуках алкенів кожній смузі в спектрі можуть бути призначені:

С=С розтяжка від 1680-1640 см ^-1
=С—Н розтяжка від 3100-3000 см ^-1
=С—Н вигин від 1000-650 см ^-1

На малюнку 4. показаний ІЧ-спектр 1-октена. Як сполуки алканів, ці смуги не є специфічними і, як правило, не відзначаються, оскільки вони присутні майже у всіх органічних молекулах.

Малюнок 4. Інфрачервоний спектр 1-октену

У алкінів кожній смузі в спектрі можуть бути призначені:

—C? C— розтяжка від 2260-2100 см ^-1
—C? С—Н: С—Н розтяжка від 3330-3270 см ^-1
—C? C—H: С—Н вигин від 700-610 см ^-1

Спектр 1-гексину, термінального алкіну, показаний нижче.

Малюнок 5. Інфрачервоний спектр 1-гексину

У ароматичних сполуках кожній смузі в спектрі можуть бути призначені:

С—Н розтяжка від 3100-3000 см ^-1
обертони, слабкі, від 2000-1665 см ^-1
С—С стрейч (в кільці) від 1600-1585 см ^-1
С—С розтяжка (в кільці) від 1500-1400 см ^-1
С—Н «оп» від 900-675 см ^-1

Зауважте, що це трохи більша частота, ніж розтяжка —C—H у алканах. Це дуже корисний інструмент для інтерпретації ІЧ-спектрів. Тільки алкени та ароматичні речовини демонструють розтягнення C—H трохи вище 3000 см ^-1.

На малюнку 6. показаний спектр толуолу.

Функціональні групи, що містять зв'язок С-О

Спирти мають ІЧ-поглинання, пов'язані як з коливаннями розтягування O-H, так і C-O.

O—H стрейч, пов'язаний воднем 3500-3200 см ^-1
С—О розтяжка 1260-1050 см ^-1 (с)

На малюнку 7. показаний спектр етанолу. Зверніть увагу на дуже широку, сильну смугу розтяжки O—H.

Виявляється смуга вібрації карбонільного розтягування C = O насичених аліфатичних кетонів:

С=О стретч - аліфатичні кетони 1715 см ^-1

-? ,? -ненасичені кетони 1685-1666 см ^-1

На малюнку 8. показаний спектр 2-бутанону. Це насичений кетон, а смуга C = O з'являється в 1715 році.

Малюнок 8. Інфрачервоний спектр 2-бутанону

Якщо підозрюється, що сполука є альдегідом, пік завжди з'являється близько 2720 см ^-1, який часто з'являється як пік плечового типу праворуч від розтяжок алкілу C-H.

Н—С=О розтяжка 2830-2695 см ^-1
C = O розтягнути:
- аліфатичні альдегіди 1740-1720 см ^-1
- альфа, бета-ненасичені альдегіди 1710-1685 см ^-1

На малюнку 9. показаний спектр бутиральдегіду.

Малюнок 9. Інфрачервоний спектр бутиральдегіду

Карбонільна розтяжка C=O ефірів з'являється:

C = O розтягування
- аліфатичний від 1750-1735 см ^-1
- ? ,? -ненасичені від 1730-1715 см ^-1
С—О розтяжка від 1300-1000 см ^-1

На малюнку 10. показаний спектр етилбензоату.

етиловий benzoate.png — Малюнок 10. Інфрачервоний спектр етилбензоату

Карбонільний розтяг C = O карбонової кислоти з'являється у вигляді інтенсивної смуги від 1760-1690 см ^-1. Точне положення цієї широкої смуги залежить від того, насичена карбонова кислота або ненасичена, димеризована або має внутрішню водневу зв'язок.

O—H розтяжка від 3300-2500 см ^-1
С=О розтяжка від 1760-1690 см ^-1
С—О розтяжка від 1320-1210 см ^-1
О-Н вигин від 1440-1395 і 950-910 см ^-1

На малюнку 11. показаний спектр гексанової кислоти.

гексанової acid.png — Малюнок 11. Інфрачервоний спектр гексанової кислоти

Органічні сполуки азоту

N—O асиметрична стрейч від 1550-1475 см ^-1
N—O симетрична розтяжка від 1360-1290 см ^-1

Малюнок 12. Інфрачервоний спектр нітометану

Органічні сполуки, що містять галогени

Алкілгалогеніди - це сполуки, які мають зв'язок C—X, де X - галоген: бром, хлор, фторон або йод.

С—Н виляв (-СН ₂ Х) від 1300-1150 см ^-1
С—Х розтягується (загальне) від 850-515 см ^-1
- С—Cl розтяжка 850-550 см ^-1
- С—Br розтяжка 690-515 см ^-1

Спектр 1-хлор-2-метилпропану показаний нижче.

Малюнок 13. Інфрачервоний спектр 1-хлор-2-метилпропану

Для отримання більш інфрачервоних спектрів введена Спектральна база даних органічних молекул для використання вільної бази даних. Крім того, інфрачервона спектроскопія кореляційна таблиця пов'язана в нижній частині сторінки, щоб знайти інші призначені ІЧ-піки.

Вправа

1. Які функціональні групи дають наступні сигнали в ІЧ-спектрі?

А) 1700 см ^-1

Б) 1550 см ^-1

В) 1700 см ^-1 і 2510-3000 см ^-1

2. Як можна розрізнити наступні пари сполук за допомогою ІК-аналізу?

А) СН ₃ ОН (метанол) і СН ₃ СН ₂ ОЧ ₂ СН ₃ (Діетилеефір)

Б) Циклопентан і 1-пентен.

В)

альт

3. Наступні спектри призначені для супутнього з'єднання. Які піки ви можете визначити в спектрі?

альт

Джерело: SDBSWeb: http://sdbs.db.aist.go.jp (Національний інститут передової промислової науки і технологій, 2 грудня 2016 р.)

4. Які поглинання мали б наступні сполуки в ІЧ-спектрах?

альт

Відповідь

альт

А) Пік OH буде присутній близько 3300 см ^-1 для метанолу і буде відсутній в ефірі.

B) 1-пентен матиме пік алкену близько 1650 см ^-1 для C = C, і буде ще один пік близько 3100 см ^-1 для групи sp ² C-H на алкені

C) Не можна розрізнити ці два ізомери. Вони обидва мають однакові функціональні групи і тому мали б однакові піки на ІЧ-спектрах.

Функціональна група частоти (см-1)

3200 СБ/Ч

2900-3000 С-С-Ч, С = С-Ч

2100 C≡ C

1610 С=С

(Існує також ароматична область підтону між 2000-1600, яка описує заміщення на феніловому кільці.)

А)

Функціональна група частоти (см-1)

2900-3000 С-С-Ч, С = С-Ч

1710 С=О

1610 С=С

1100 С-О

Б)

Функціональна група частоти (см-1)

3200 СБ/Ч

2900-3000 С-С-Ч, С = С-Ч

2100 C≡ C

1710 С=О

Функціональна група частоти (см-1)

3300 (широкий) О-Н

2900-3000 С-С-Ч, С = С-Ч

2000-1800 Ароматичні обертони

1710 С=О

1610 С=С