ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ В ХИМИИ Модуль I «Основные методы исследования в органической химии» Елена Александровна Краснокутская, д.х.н., профессор кафедры Биотехнологии и Органической химии Лекция №2 1. ИК-спектроскопия • Валентные и деформационные колебания • Важнейшие характеристические полосы поглощения в области основных частот колебаний органических молекул 2. Спектроскопия ядерного магнитного резонанса • Явление ядерного магнитного резонанса • Протонный магнитный резонанс (ПМР), или ЯМР 1Н • Основные характеристики спектров ЯМР 1Н Валентные и деформационные колебания Поглощением в инфракрасной области обладают молекулы, дипольные моменты которых изменяются при возбуждении колебательных движений ядер Колебательные движения ядер, приводящие к изменению длины связи, называются валентными колебаниями (n) Колебательные движения ядер, приводящие к изменению углов между связями, называются деформационными колебаниями (d) ИК-спектроскопия «видит» функциональные группы Валентные и деформационные колебания nС≡С 2300-2000 см-1 nС=С 1900-1500 см-1 Валентные колебания наблюдаются при больших длинах волн; Полосы поглощения наиболее интенсивные Ed<En 1350-400см-1 Наиболее важные и надежно интерпретируемые характеристические полосы поглощения располагаются в коротковолновой области частот (4000 до 1500 см-1) ИК-спектроскопия (IR), Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (Фурье-ИКС, FT-IR) Не путать! ИК-спектр гексана Рамановская спектроскопия с преобразованием Фурье (FT-IR Ramen) Коллоквиум 1. «Важнейшие характеристические полосы поглощения в области основных частот колебаний органических молекул» Инфракрасные колебания аналитического значения Группа Частота, см-1 О-Н 3650-3200 (п.) N-Н 3500-2900 (ср.) С-Н 3500-2700 (с.-ср.) S-Н ~2550 (ср.-сл.) С≡С ~2200 (сл.) N≡С 2200 (ср.-сл.) С=О 1850-1650 (с.) С=С ~1650 (ср.-сл.) С-NО2 ~1550(с.) и ~1350 (с.); ~900-850 (ср.) С-О- 1300-1000 (с.-ср.) С-F 1400-1000 (с.) С-Сl 800-600 (с.) С-Вr 650-500 (с.) С-I 600-500 (с.) S=O (IV) 1070-1030 (с.) SO2 (VI) ~1150 (с.) и ~1330 (с.) Спектроскопия ядерного магнитного резонанса Спектроскопия ЯМР регистрирует переходы между магнитными энергетическими уровнями атомных ядер, вызываемые радиочастотным излучением Сигналы в спектрах ЯМР могут давать только ядра атомов, обладающих нечетным спиновым числом Спиновое квантовое число ядра – число протонов и нейтронов в ядре Из ядер атомов, наиболее часто встречающихся в органических соединениях, магнитным моментом обладают изотопы 1Н, 13С, 19F, 31P, 15N, 17O Наибольшее распространение получила спектроскопия протонного магнитного резонанса (ПМР) и ЯМР 13С Для анализа используются дейтерированные растворители: ацетон-d6; ацетонитрил-d3; ДМСО-d6; четыреххлористый углерод; хлороформ-d (СDCl3) Для анализа необходимо ~ 1020 мг образца Явление ядерного магнитного резонанса Образование уровней энергии ядра при наложении внешнего магнитного поля Н0 ΔЕ = hν Ядро со спином I может находиться в магнитном поле в 2I+1 состояниях Резонансная частота ядра - значение частоты, которая вызывает переходы между энергетическими уровнями данного ядра ΔЕ зависит от молекулярного окружения возбуждаемого ядра, потому имеется возможность связать величину ΔЕ со строением молекулы и в конечном итоге определить структуру всей молекулы Спектроскопия ЯМР 1Н «видит» ядра атомов водорода Основные характеристики спектров ЯМР 1Н: •Химический сдвиг; •Интегральная интенсивность сигнала; •Константа спин-спинового взаимодействия Химический сдвиг Разность между резонансными частотами определенного сигнала и сигнала стандарта Внутренний стандарт – тетраметилсилан (ТМС) Si(CH3)4 Выражают в миллионных долях (м.д.), обозначают символом «δ» Cl Протоны с одинаковым химическим сдвигом эквивалентны по химическому сдвигу, или изохронны H Cl H H H H H H H C C H H Изохронны, от трех протонов один сигнал H H C H C H Анизохронны, каждый из двух протонов дает сигнал H Протоны, химические сдвиги которых различны, неэквивалентны по химическому сдвигу, или анизохронны F C Cl Br H H Cl C C H CH3 H H3C H H H3C O H C S CH3 H3C H H Cl H H Cl