Podstawy spektroskopii w chemii organicznej

Podstawy spektroskopii w

chemii organicznej:Spektroskopia w nadfiolecie i świetle widzialnym

Spektroskopia w podczerwieni (IR)

Spektrometria mas (MS)

Dr Daniel Łowicki

W ramach kursu: laboratorium z podstaw chemii organicznej

Metody spektroskopowe i ich zastosowanie do identyfikacji związków organicznychW. Zieliński, A. Rajca

Spektroskopowe metody identyfikacji związków organicznychRobert Silverstein ,D. Kiemle , F.Webster

Określanie struktury związków organicznych metodami spektroskopowymi. Tablice i ćwiczenia M. Szafran, Z. Dega-Szafran

Literatura

Dr Daniel Łowicki Wydział Chemii UAM2

Struktura cząsteczek organicznych

Skład pierwiastkowy

Masa cząsteczki

Szkielet cząsteczki

Wiązania wielokrotne

Grupy funkcyjne


Rodzaje spektroskopii

Skład pierwiastkowy

Analiza elementarna

Masa cząsteczki

MS

Szkielet cząsteczki

NMR

Wiązania wielokrotne

UV-Vis

Grupy funkcyjne

IR


Zadanie:

Jaki rodzaj analizy

pozwala badać

następujące elementy

strukturalne cząsteczek?


Zadanie:

Nazwij poszczególne

widma.

Gdzie się znajdujemy?


spektroskopia NMR

spektroskopia

IR

Spektro-

skopia

UV-VIS

• Długość fali: ………….

• Liczba falowa: ………..

n = 1/ l [ …… ]

• Energia fali E: ……………..

Ważne terminy


Zadanie:

Podaj symbole oraz

jednostki wymienionych

wielkości fizycznych.

1. Pozwala stwierdzić obecność …………………………

zwłaszcza ……………………..

2. Zakres promieniowania 200-780 nm

– Daleki nadfiolet – 100-200 nm

– Bliski nadfiolet – 200-400 nm

– Światło widzialne – 400-800 nm

Spektroskopia UV-VIS


Zadanie:

Uzupełnij.

Wiązania sprzężone

Wiązania sprzężone

Enony

Dieny i polieny

Areny


• Chromofor:

• Auksochromy:

• Przesunięcie batochromowe:

• Przesunięcie hipsochromowe:

Ważne terminy


Zadanie:

Uzupełnij definicje.

Wpływ auksochromów na

położenie pasma UV

przesunięcie batochromowe


Zadanie:

1. Narysuj wzory

cząsteczek (benzenu,

fenolu, p-nitrofenolu).

2. Określ rodzaj

przesunięcia.

Zastosowanie energii UV i Vis

do analizy TLC

Światło

widzialne UV KMnO4

12

Dr Daniel Łowicki Wydział Chemii UAM

1 2 3

1 2 31 2 3

Obserwacja postępu reakcji

spektroskopią UV-Vis


Widmo UV – o czym informuje?


• Spektroskopia zakresu podczerwieni:

o Dalekiej (Far IR)

o Średniej lub właściwej (Mid IR)

o Bliskiej (Near IR)

Zakresy

FIR: ⊽ = 200 – 700 cm-1, λ = 50 – 14,3 μm

MIR: ⊽ = 700 – 4000 cm-1, λ = 14,3 – 2,5 μm

FIR: ⊽ = 4000 – 14300 cm-1, λ = 2,5 – 0,7 μm

Spektroskopia IR


Gdzie jesteśmy?


Długość fali λ

(wave-length)

Liczba falowa ⊽(wavenumber)

Częstotliwość ν(frequency)

Zakres spektralny

(spectral range)

• Transmitancja

• Absorbancja

• Prawo Lamberta-Beera

Ważne terminy


Absorbancja – logarytm z odwrotności transmitancji : A = log(1/T) = log(I0/I)

Transmitancja – stosunek intensywności (I) promieniowania monochromatyczne-

go po przejściu przez próbkę do jego intensywności początkowej I0 T = I / I0

Widmo IR

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

Ab

s

40

60

80

%T

1000 2000 3000

Liczby falowe (cm-1)


Zadanie:

Wskaż, które widmo

zostało przedstawione

w trybie transmitancji,

a które w trybie

absorbancji.

Drgania wiązań

Co powoduje promieniowanie IR?

Rozciąganie

symetryczne

Rozciąganie

asymetryczne


Zadnie:

Zaznacz strzałkami ruch atomów

Drgania deformacyjne

Rodzaje drgań

Drgania

kołyszące

(rocking)

Drgania

wachlarzowe

(wagging)

Drgania

nożycowe

(scissoring)

Drgania

skręcające

(twisting)


Zadnie:

Zaznacz strzałkami ruch atomów

O czym informuje spektroskopia w

podczerwieni?

przykłady:


Grupy funkcyjne

Częstotliwość, przy której dana grupa funkcyjna

absorbuje promieniowanie IR nazywa się

częstotliwością (częstością) grupową.

Charakterystyczne pasma

absorpcji w widmach IR


Przewidywanie zakresów

absorpcji


Zależność położenia pasm absorpcji od masy poszczególnych atomów:

Wiązania pojedyncze:

rozc. C-H 3000-2800 cm-1

rozc. N-H 3500-3200 cm-1

rozc. O-H 3700-3300 cm-1

heksan

2-aminopropan

2-butanol


25

2-butanol

Jak opisujemy widmo IR?

n C-H lub rozc. C-Hν O-H


def. O-H

lub δ O-H

ν (ni) – drgania rozciągające

δ (delta) – drgania deformacyjne

Zależność położenia pasm absorpcji od krotności

wiązania:

rozc. C-C (alkan) 1400 cm-1 (nie diagnostyczne)

rozc. C=C (alken) 1660 cm-1

rozc. CC (alkin) 2200 cm-1

pentyn

pentan

penten


Zależność położenia pasm absorpcji drgań rozciągających wiązania

C-H od hybrydyzacji atomów węgla:

rozc. Csp3-H 3000-2800 cm-1

rozc. Csp2-H 3100-3000 cm-1

rozc. Csp-H 3300 cm-1

pentyn

pentan

penten


Wiązania potrójne:

rozc. CC 2200 cm-1

rozc. CN 2250 cm-1

2-butyn

propionitryl


Intensywność pasm

n CC

n CN

Drgania rozciągające asymetryczne i symetryczne (νas, νs)

Np. w -CH2, -NH2, -CO2–

2-aminopropan

H3CCH

CH3

NH H


νas NH2 νsym NH2

Związki karbonylowe


Położenie pasma ν(C=O) w związkach

karbonylowych

Związki karbonylowe


Wpływ wiązań wodorowych na

położenie pasm absorpcji


Związki aromatyczne


Mono i dwupodstawiony benzen


Na podstawie widm IR substratów i produktu określ jakiego typu

reakcja była przeprowadzona.

Kontrola przebiegu reakcji


Kontrola przebiegu reakcji


1630

18301770

1670

Informacje:

a) Masa cząsteczkowa

b) Obecność izotopów

c) Obecność heteroatomów (Cl, Br, N, S)

d) Przybliżony szkielet cząsteczki

MS – spektrometria mas


• Jon molekularny – jon powstający w wyniku

wybicia jednego elektronu z cząsteczki

• Pik podstawowy – o najwyższej

intensywności

• m/e lub m/z – stosunek masy do ładunku jonu

• Fragmentacja – proces rozpadu

Ważne terminy


JON MOLEKULARNY = masa cząsteczki

MS – Masa cząsteczki


Zadanie:

Wskaż:

pik jonu molekularnego,

pik podstawowy oraz

piki jonów

fragmentacyjnych

35Cl – 75% 79Br – 51%37Cl – 25% 81Br – 49%

MS – obecność heteroatomów


Jon molekularny M+● = 112/114 (pik podwójny). Zapisz wartość dla bromobenzenu: ……….

MS – obecność atomów azotu


Zadanie:

1. Podaj treść reguły azotowej.

2. Wyjaśnij na poniższych przykładach.

Rozpad zabroniony:

C E + F

kation (parzystoelektronowy)

(rodnik)kationorodnik (nieparzystoelektronowy)


Rozpad cząsteczki (EI MS):

Rozpad α

Rozszczepienie wiązań węgiel-heteroatom

Drogi fragmentacji


przegrupowanie McLafferty’ego

Drogi fragmentacji


Jak interpretować wyniki?


Tabela przykładowych

fragmentów i ich mas


Najczęstsze błędy




Brak ładunku – obojętna cząsteczka nie fragmentuje

Poprawny zapis:



Poprawny zapis jeżeli występuje pik o m/z 31:

Podawanie wartości m/z dla fragmentów nie obdarzonych ładunkiem

Stopień nienasycenia (Degree of Unsaturation DU)

Współczynnik niedoboru wodoru (Index of Hydrogen Defficiency IHD)

Ekwiwalent wiązań podwójnych i pierścieni (Double Bond Equivalent DBE).

Stopień nienasycenia cząsteczki


1222

=NXH

CDBE

50

Zadanie:

Oblicz stopień

nienasycenia związków

o wzorach:

a) C7H8N2O

b) C16H18ClN3O2

c) C5H11IO

Podstawy spektroskopii w chemii organicznej

Documents

Transcript of Podstawy spektroskopii w chemii organicznej