Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

4: Визначення структури I- UV-Vis та інфрачервона спектроскопія, мас-спектрометрія

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    20465

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

    У перших трьох розділах цього тексту ми зосередили свої зусилля на вивченні структури органічних сполук. Тепер, коли ми знаємо, як виглядають органічні молекули, ми можемо почати вирішувати питання про те, як хіміки здатні з'ясувати органічні структури. Окремі атоми та функціональні групи в органічних сполуках занадто малі, щоб їх можна було безпосередньо спостерігати або фотографувати, навіть за допомогою найкращого електронного мікроскопа. Як же тоді хіміки здатні з упевненістю малювати зв'язкові механізми в органічних молекулах, навіть простих, таких як ацетон або етанол?

    Відповідь полягає здебільшого в галузі хімії, яка називається молекулярною спектроскопією. Спектроскопія - це дослідження того, як електромагнітне випромінювання через спектр різних довжин хвиль взаємодіє з молекулами - і як ці взаємодії можуть бути кількісно оцінені, проаналізовані та в кінцевому підсумку інтерпретовані для отримання інформації про молекулярну структуру.

    Після першого розгляду деяких основних відомостей про властивості світла та введення основних ідей спектроскопії, ми перейдемо до обговорення інфрачервоної (ІЧ) спектроскопії, методики, яка використовується в органічній хімії для виявлення наявності або відсутності загальних функціональних груп. Далі ми розглянемо ультрафіолетово-видиму (UV-Vis) спектроскопію, в якій світло меншої довжини хвилі використовується для надання інформації про органічні молекули, що містять кон'юговані системи p-зв'язування.

    У заключному розділі цієї глави ми трохи змінимо такт і розглянемо ще один аналітичний метод, який називається мас-спектрометрія (MS). Тут ми дізнаємося про будову молекули шляхом, в певному сенсі, взявши до неї молоток і розбивши його на дрібні шматочки, після чого виміряючи масу кожного шматка. Хоча цей метафоричний опис робить мас-спектрометрію звуком дещо грубим, це насправді надзвичайно потужна та чутлива техніка, яка в останні роки стала центральною для вивчення життя на молекулярному рівні.

    Забігаючи наперед, глава 5 буде присвячена вивченню спектроскопії ядерного магнітного резонансу (ЯМР), де ми використовуємо надсильні магніти і радіочастотне випромінювання, щоб дізнатися про електронне середовище окремих атомів в молекулі. Для більшості хіміків-органіків ЯМР є єдиним найпотужнішим аналітичним інструментом, доступним з точки зору багатства детальної інформації, яку він може надати про структуру молекули. Це найближче, що ми маємо до «молекулярної камери».

    Підсумовуючи, аналітичні методи, які ми будемо вивчати в цьому розділі, і наступна насамперед спроба вирішити наступні питання про органічну молекулу:

    • Інфрачервона (ІЧ) спектроскопія: Які функціональні групи містить молекула?
    • Ультрафіолетово-видима (UV-Vis) спектроскопія: Наскільки молекула містить систему кон'югованих pi зв'язків?
    • Мас-спектрометрія (МС): Яка атомна маса молекули та її загальних фрагментів?
    • Ядерно-магнітно-резонансна спектроскопія (ЯМР): Яка загальна структура зв'язку молекули?

    • 4.1: Прелюдія до визначення структури I
      Вільям Ейкен Уокер був художником «жанру» 19-го століття, відомим своїми невеликими сценами, які працюють на полах на півдні після громадянської війни. Протягом більшої частини своєї кар'єри він багато подорожував по південних штатах, а також до Нью-Йорка і навіть до Куби. Він заробляв гідне життя куди б не пішов, створивши магазин на тротуарі і продаючи свої картини туристам, як правило, за кілька доларів кожен.
    • 4.2: Вступ до молекулярної спектроскопії
      В експерименті зі спектроскопії електромагнітне випромінювання заданого діапазону довжин хвиль дозволяється проходити крізь зразок, що містить сполуку, що цікавить. Молекули зразка поглинають енергію з деяких довжин хвиль і в результаті переходять з низької енергії «наземного стану» до деякого «збудженого стану» вищої енергії. Інші довжини хвиль не поглинаються молекулою зразка, тому вони проходять наскрізь.
    • 4.3: Мас-спектрометрія
      Наша третя і остання аналітична техніка для обговорення в цьому розділі не підпадає під визначення спектроскопії, оскільки вона не передбачає поглинання світла молекулою. У мас-спектрометрії (МС) нас цікавить маса - і, отже, молекулярна маса - нашої сполуки, що представляє інтерес, і часто маса фрагментів, які утворюються, коли молекула змушена розпадатися.
    • 4.4: Інфрачервона спектроскопія
      Ковалентні зв'язки в органічних молекулах не є жорсткими паличками - скоріше, вони поводяться більше як пружини. При кімнатній температурі органічні молекули завжди знаходяться в русі, так як їх зв'язки розтягуються, згинаються і скручуються. Ці складні вібрації можуть бути розбиті математично на окремі коливальні режими.
    • 4.5: Ультрафіолетова та видима спектроскопія
      У той час як взаємодія з інфрачервоним світлом змушує молекули піддаватися коливальним переходам, коротша довжина хвилі, більш високе енергетичне випромінювання в УФ (200-400 нм) і видимому (400-700 нм) діапазоні електромагнітного спектра змушує багато органічних молекул піддаватися електронним переходам. Це означає, що коли енергія від УФ або видимого світла поглинається молекулою, один з її електронів переходить від нижчої енергії до більш високої енергії молекулярної орбіти.
    • 4.P: Проблеми для глави 4

    Дописувачі та атрибуція