Установление строения: ИК и ЯМР
Степень ненасыщенности и план
linkОпора
- Урок 319. ИК-спектроскопия — находить функциональные группы по полосам
- Урок 317. Расщепление: правило n + 1 — определять мультиплетность и соседей
Спектры из уроков 316–319 вместе позволяют установить строение вещества по чёткому плану, как следователь восстанавливает картину по уликам. Сначала по формуле считают степень ненасыщенности, затем по ИК-спектру находят функциональные группы, а по спектру ЯМР ¹H — фрагменты. Последний шаг — сборка структуры и проверка каждого сигнала.
Как решать спектральную задачу
- Степень ненасыщенности: \(DBE = C + 1 + \dfrac{N - H - X}{2}\) (атомы кислорода не влияют); цикл или π-связь дают 1, тройная связь — 2, бензольное кольцо — 4.
- По ИК-спектру определите, есть ли группы O–H, N–H, C=O, C≡N и C=C.
- По спектру ¹H определите число сигналов, интегралы (нормируя по формуле), сдвиги (окружение) и расщепление (соседей) и составьте фрагменты.
- Соберите фрагменты, проверьте формулу, степень ненасыщенности и каждый сигнал.
Примеры
1. Бутанон. Вещество \(\ce{C4H8O}\) имеет DBE = 1, полосу 1715 см⁻¹ и сигналы ¹H 2,44 (квартет, 2H), 2,14 (синглет, 3H) и 1,06 (триплет, 3H): это бутанон.
2. Ацетофенон. Вещество \(\ce{C8H8O}\) имеет DBE = 5 (кольцо и группа C=O), полосу 1685 см⁻¹ (сопряжённая группа C=O) и сигналы ¹H 7,4–8,0 (5H) и 2,60 (синглет, 3H): это ацетофенон.
errorСначала степень ненасыщенности
Степень ненасыщенности сразу отсекает половину вариантов: DBE ≥ 4 — ищите бензольное кольцо, DBE = 1 — одна группа C=O, связь C=C или цикл.
edit_noteПопробуйте сами
Какова степень ненасыщенности \(\ce{C5H9N}\)?
expand_moreПоказать решение
2 — например, это нитрил: связь C≡N даёт две единицы.
Проверка и ловушки
Правильная структура объясняет все сигналы — и ни одного лишнего. Поэтому проверка — обязательный последний шаг плана из первой части урока. Самые частые ловушки — изомеры с одинаковыми фрагментами, например этил при атоме кислорода или при карбонильной группе.
Как проверить ответ
- Сверьте сумму интегралов с формулой.
- Синглет означает, что у атома нет соседних протонов: рядом атом углерода без водорода, атом кислорода или азота либо группа C=O.
- Сигнал при 3,3–4,2 м. д. означает, что атом углерода связан с кислородом (или галогеном); этильная группа у кислорода даёт квартет при 4,1 м. д., а у группы C=O — квартет при 2,3–2,5.
- Четыре ароматических протона двумя дублетами — признак пара-дизамещённого кольца.
- Проверьте ИК-спектр: если нет полосы O–H, это не спирт и не кислота, а если нет полосы C=O — не карбонильное соединение.
Примеры
1. Изомеры \(\ce{C4H8O2}\). Этилацетат и метилпропаноат различают по квартету: при 4,1 м. д. этильная группа связана с кислородом (эфир уксусной кислоты), а при 2,3 м. д. — с группой C=O.
2. Пара-дизамещённое кольцо. 4-Метилацетофенон \(\ce{CH3C6H4COCH3}\) даёт сигналы 7,85 (дублет, 2H), 7,25 (дублет, 2H), 2,57 (синглет, 3H) и 2,41 (синглет, 3H).
errorЭтил у кислорода или у группы C=O?
Квартет при 4,1 м. д. принадлежит группе \(\ce{OCH2CH3}\) (эфир спирта), а квартет при 2,3–2,5 — группе \(\ce{C(=O)CH2CH3}\). Одна формула может принадлежать разным веществам.
edit_noteПопробуйте сами
Вещество \(\ce{C3H6O2}\) имеет полосу 1740 см⁻¹ и сигналы ¹H 8,05 (синглет, 1H), 4,20 (квартет, 2H) и 1,30 (триплет, 3H). Что это за вещество?
expand_moreПоказать решение
Этилформиат: протон при группе C=O формиата даёт сигнал около 8,0 м. д.
push_pinГлавное
План: по формуле — степень ненасыщенности \(DBE = C + 1 + (N - H - X)/2\) (кислород не учитывают; бензольное кольцо — 4); по ИК — функциональные группы (O–H, N–H, C=O, C≡N); по ¹H — число сигналов, интегралы (по формуле), сдвиги и расщепление → фрагменты; затем фрагменты собирают и проверяют ими каждый сигнал. Типичные ловушки: этил у кислорода (квартет при 4,1) и у C=O (квартет при 2,3–2,5); синглет — у атома нет соседних H; два дублета по 2H — пара-дизамещённое кольцо.
Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.