Установление строения: все методы вместе
МС, ¹³C и ¹H вместе
linkОпора
- Урок 322. Установление строения: ИК и ЯМР — решать задачи по двум спектрам
- Урок 320. Масс-спектрометрия — находить молекулярный ион, изотопные пики и фрагменты
Масс-спектр из урока 320 даёт молекулярную массу и изотопный состав, а спектры ¹³C и ¹H — углеродный скелет и окружение атомов водорода. Вместе методы почти не оставляют вариантов. Решение строят по тому же плану, что и в уроке 322, но начинают с молекулярной формулы, найденной по масс-спектру.
Как объединить данные
- По масс-спектру находят молекулярную массу и формулу: учитывают изотопы хлора и брома, азотное правило и пик M+1, который показывает число атомов углерода.
- По формуле считают степень ненасыщенности — число колец и π-связей.
- По ИК-спектру определяют функциональные группы.
- Спектры ¹³C и DEPT дают число и тип атомов углерода, а спектр ¹H — фрагменты и их связи.
- Соберите структуру и проверьте ею каждый спектр: фрагменты масс-спектра тоже должны объясняться.
Примеры
1. Бромалкан. Пики 136 и 138 одинаковой высоты указывают на один атом брома; 136 − 79 = 57, то есть \(\ce{C4H9}\); спектр ¹H содержит четыре сигнала 2 : 2 : 2 : 3, а триплет при 3,41 м. д. принадлежит группе \(\ce{CH2Br}\) — это 1-бромбутан \(\ce{CH3(CH2)3Br}\).
2. Алкилбензол. Молекулярная масса 120 и пик M+1 высотой 9,9 % указывают на 9 атомов углерода; сигналы ¹H 7,2 (5H), 2,58 (триплет, 2H), 1,64 (секстет, 2H) и 0,94 (триплет, 3H) принадлежат пропилбензолу \(\ce{C6H5C3H7}\).
errorПроверьте все спектры
Структура верна, только если объясняет каждый сигнал: лишний синглет или неучтённая полоса — повод пересмотреть ответ.
edit_noteПопробуйте сами
Молекулярная масса 58, полоса в ИК-спектре 1715 см⁻¹, в спектре ¹H один синглет. Что это за вещество?
expand_moreПоказать решение
Ацетон.
Олимпиадные приёмы
В олимпиадной задаче спектры из первой части урока часто дополняют химическими свойствами и загадкой изомеров. Качественные реакции быстро подсказывают функциональную группу, а симметрия — выбор между изомерами. Обмен с \(\ce{D2O}\) и DEPT уточняют тип атомов водорода и углерода.
Как решать трудные задачи
- Формулу, найденную по массовым долям и молекулярной массе, сверяйте с азотным правилом и изотопными пиками.
- Химические пробы (выделение газа с \(\ce{NaHCO3}\) — кислота; иодоформная проба — метилкетон или группа \(\ce{CH3CH(OH)}\); серебряное зеркало — альдегид) сочетайте со спектрами.
- Изомеры различают по симметрии (числу линий ¹³C) и мультиплетности сигналов.
- Обмен с \(\ce{D2O}\) выявляет группы OH, NH и COOH, а DEPT — типы атомов углерода.
Примеры
1. Изомеры ксилола. Изомеры \(\ce{C6H4(CH3)2}\) различают по спектру ¹³C: у пара-ксилола три линии, у орто-ксилола четыре, у мета-ксилола пять.
2. Иодоформная проба. Вещество \(\ce{C4H8O}\) даёт иодоформ и полосу 1715 см⁻¹, значит, это бутанон; спектр ¹H подтверждает вывод синглетом 3H при 2,14 м. д.
errorИзомеры различает симметрия
Если формула и функциональные группы совпадают, считайте линии ¹³C и сигналы ¹H: у симметричного изомера сигналов меньше.
edit_noteПопробуйте сами
Сколько линий в спектре ¹³C 1,2,4-триметилбензола?
expand_moreПоказать решение
Девять: симметрии нет.
push_pinГлавное
Масс-спектр даёт M (и молекулярную формулу с учётом изотопов Cl и Br, азотного правила и пика M+1), формула — степень ненасыщенности, ИК — функциональные группы, ¹³C и DEPT — число и тип атомов C, ¹H — фрагменты и их связность. Структура верна, только если объясняет каждый спектр, включая главные фрагменты масс-спектра. Изомеры различают по симметрии (числу линий ¹³C) и мультиплетности; химические пробы (иодоформ, реактив Толленса, \(\ce{NaHCO3}\)) дополняют спектры.
Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.