ИК-спектроскопия
Колебания и области
linkОпора
- Урок 14. Функциональные группы — находить и называть функциональные группы в молекуле
- Урок 7. Длины и энергии связей — сравнивать длины и прочность связей по кратности и гибридизации
ИК-спектр — это перечень колебаний молекулы. Частота колебания зависит от прочности связи и масс атомов (урок 7), поэтому у каждой функциональной группы (урок 14) своя характерная полоса. По полосам в области 4000–1500 см⁻¹ узнают функциональные группы, а область ниже 1500 см⁻¹ служит «отпечатком пальцев» вещества.
Как читать ИК-спектр
- Полоса поглощения появляется, если колебание меняет дипольный момент молекулы; волновое число \(\tilde\nu\) (см⁻¹) равно 1/λ.
- Частота растёт с прочностью связи (C≡C > C=C > C–C) и уменьшается с ростом массы атомов (C–H > C–D).
- В области 4000–1500 см⁻¹ лежат полосы функциональных групп, а ниже 1500 см⁻¹ — область «отпечатков пальцев», которую сравнивают со справочным спектром.
- Полоса O–H спиртов лежит при 3200–3550 см⁻¹ (широкая), O–H кислот — при 2500–3300 (очень широкая), N–H — при 3300–3500 (у первичных аминов две полосы, у вторичных одна). Полосы C–H: у атома sp³ — 2850–2960, у sp² — 3000–3100, у sp — около 3300 (узкая, сильная).
- Полоса C≡N лежит при 2210–2260 см⁻¹, C≡C — при 2100–2260 (слабая), C=O — при 1650–1800 (очень сильная), C=C — при 1620–1680, ароматические C=C — при 1450–1600, C–O — при 1000–1300, нитрогруппа — при 1520 и 1350.
Примеры
1. Нитрил. Бензонитрил \(\ce{C6H5CN}\) даёт полосы 2230 см⁻¹ (C≡N) и 3070 см⁻¹ (C–H при атоме sp²).
2. Концевой алкин. Гекс-1-ин \(\ce{C4H9C#CH}\) даёт узкую полосу 3310 см⁻¹ (≡C–H) и полосу 2120 см⁻¹ (C≡C).
errorШирокая полоса или узкая
Широкая полоса при 3200–3550 см⁻¹ принадлежит группе O–H (из-за водородных связей), узкая сильная около 3300 — группе ≡C–H концевого алкина, а две узкие полосы при 3300–3500 — группе \(\ce{NH2}\).
edit_noteПопробуйте сами
Как по ИК-спектру отличить бутан-1-ол от диэтилового эфира?
expand_moreПоказать решение
У спирта есть широкая полоса O–H при 3200–3550 см⁻¹, а у эфира её нет.
Карбонильная область
Полоса C=O из первой части урока — самая сильная и самая информативная в ИК-спектре. Её точное положение зависит от класса соединения: заместители при карбонильной группе меняют прочность двойной связи. По положению полосы C=O и по соседним полосам различают кетоны, альдегиды, кислоты, сложные эфиры и амиды.
Как различить карбонильные соединения
- Кетон поглощает около 1715 см⁻¹; альдегид — около 1725 (и даёт две полосы C–H при 2720 и 2820); сложный эфир — при 1735–1750 (и полосу C–O при 1000–1300); кислота — около 1710 (и широкую полосу O–H); амид — при 1650–1690 (и полосы N–H); хлорангидрид — около 1800; ангидрид — две полосы, около 1820 и 1760.
- Сопряжение с двойной связью C=C или кольцом понижает частоту C=O на 20–30 см⁻¹.
- Малый цикл повышает частоту: у циклогексанона 1715 см⁻¹, у циклопентанона 1745, у циклобутанона 1780.
- Донорный резонанс (атом азота в амидах) понижает частоту, а акцепторы (атом хлора в хлорангидриде) повышают её.
Примеры
1. Альдегид. Бутаналь \(\ce{CH3CH2CH2CHO}\) даёт полосу C=O при 1730 см⁻¹ и две полосы C–H альдегидной группы — при 2820 и 2720 см⁻¹.
2. Метилбензоат. Метилбензоат \(\ce{C6H5COOCH3}\) поглощает при 1725 см⁻¹ (сопряжение с кольцом понижает частоту) и даёт полосы C–O при 1280 и 1110 см⁻¹.
error1715 см⁻¹ — ещё не кетон
Около 1700–1720 см⁻¹ поглощают и кетоны, и кислоты, и сопряжённые альдегиды. Смотрите на соседние полосы: O–H кислоты, C–H альдегида, C–O сложного эфира.
edit_noteПопробуйте сами
Где ожидать полосу C=O циклопентанона?
expand_moreПоказать решение
Около 1745 см⁻¹: напряжённый цикл повышает частоту.
push_pinГлавное
Молекула поглощает ИК-излучение, если колебание меняет её дипольный момент; частота растёт с прочностью связи и падает с массой атомов. Главное — область 4000–1500 см⁻¹: O–H спиртов 3200–3550 (широкая), O–H кислот 2500–3300 (очень широкая), N–H 3300–3500 (у первичных аминов две полосы), C–H sp³ 2850–2960, sp² 3000–3100, sp 3300 (узкая), C≡N 2210–2260, C≡C 2100–2260, C=O 1650–1800 (сильная), C=C 1620–1680, \(\ce{NO2}\) 1520 и 1350; ниже 1500 — «отпечатки пальцев». C=O: кетон ≈ 1715, альдегид ≈ 1725 (+ C–H 2720 и 2820), эфир 1735–1750, кислота ≈ 1710, амид 1650–1690, хлорангидрид ≈ 1800, ангидрид — две полосы; сопряжение понижает частоту, малый цикл повышает.
Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.