مشکلات تمرین طیف سنجی IR

به خودی خودطیف‌سنجی فروسرخ (IR) تکنیک عالی برای حل ساختار یک مولکول ناشناخته نیست. با این حال، ما دیده ایم که طیف سنجی IR می تواند یک عالی تکنیک برای شناسایی مسلم – قطعی گروه های عاملی در یک مولکول ناشناخته – به ویژه گروه های عاملی حاوی OH یا C=O.

به عنوان مثال، در پست قبلی درباره تعیین ساختار فرمون غده تارسال گوزن، دیدیم که چگونه نویسندگان این مطالعه از طیف‌سنجی IR برای شناسایی حضور یک گروه عاملی لاکتون (یعنی یک استر حلقوی) با جذب مشخصه آن در 1775 سانتی‌متر استفاده کردند.^-1.

علاوه بر این، اگر یک ساختار را به چندین احتمال محدود کرده باشید، می تواند در حکمرانی بر احتمالات مختلف بسیار مفید باشد. بیرون

در این پست ما چهار مشکل (ساده) تمرینی را مرور می کنیم که در آن طیف IR و فرمول مولکولی به شما ارائه می شود و سپس وظیفه تعیین مولکول را بر عهده خواهید داشت. بهترین متناسب با طیف

هر آنچه که باید در مورد IR بدانید تا بتوانید مشکلات زیر را حل کنید در پست قبلی در مورد نحوه انجام تجزیه و تحلیل سریع طیف های IR ارائه شده است، پس برگردید و بخوانید اگر قبلاً این کار را نکرده اید.

شروع کنیم.

(پاسخ به هر مشکل به همراه تجزیه و تحلیل در پایین پست موجود است. تا زمانی که برای هر مشکل تلاش کاملی نکرده اید، نگاه نکنید).

فهرست مطالب

1. مشکل اول
2. مشکل دوم
3. مسئله سه
4. مسئله چهار
5. پاسخ ها
6. یادداشت

---

مشکل شماره 1: مولکول ناشناخته با فرمول مولکولی C₅اچ₁₀O. کدام یک از این پنج مولکول بیشتر است؟

---

مشکل شماره 2: مولکول ناشناخته با فرمول مولکولی C₆اچ₁₂O.

---

مشکل شماره 3: مولکول ناشناخته با فرمول مولکولی C₆اچ₁₄O .

---

مشکل شماره 4: مولکول ناشناخته با فرمول C₄اچ₈O₂ (همچنین بوی استفراغ می دهد)

---

پاسخ ها

مشکل 1:

• فرمول مولکولی به شما داده می شود که C است₅اچ₁₀O. این مربوط به شاخص کمبود هیدروژن (IHD) 1 است، بنابراین یک پیوند دوگانه یا حلقه در مولکول وجود دارد. این بلافاصله منتفی است د) که IHD آن صفر است و بنابراین فرمول مولکولی C دارد₅اچ₁₂O.
• با نگاهی به طیف، پیک وسیعی را در 3300 سانتی متر می بینیم^-1 و بدون قله غالب در حدود 1700 سانتی متر^-1 (این قله در نیمه پایین حدود 1700 سانتی متر است^-1? برای C=O بودن خیلی ضعیف است. )
• آن قله وسیع در 3300 به ما می گوید که ما یک الکل (گروه OH) داریم. تنها گزینه ای که منطقی است این است ه) (سیکلوپنتانول) زیرا هم گروه OH و هم IHD 1 دارد. نمی تواند باشد ب) زیرا آن مولکول فاقد OH است.
• آ) و ج) بیشتر با عدم وجود C=O رد می شوند. B با حضور OH در 33o رد می شود

مشکل 2:

• فرمول مولکولی C6H12O با IHD برابر با 1 مطابقت دارد، بنابراین یک پیوند دوگانه یا حلقه در مولکول وجود دارد.
• هیچ قله قوی OH در حدود 3200-3400 سانتی متر وجود ندارد^-1 (آن ضایعات کوچک حدود 3400 سانتی متر^-1 برای OH بودن خیلی ضعیف است). ما می توانیم بلافاصله رد کنیم آ) و ه) .
• با این حال، ما یک قله را کمی بالاتر از 1700 سانتی متر می بینیم^-1 که یکی از قوی ترین قله های طیف است. این یک کتاب درسی C=O اوج است. ما می توانیم با خیال راحت رد کنیم ب) که فاقد کربونیل است.
• تنها گزینه ای که منطقی است این است د) (2-هگزانون) از زمان ج) با فرمول مولکولی (دو اکسیژن، پنج کربن) مطابقت ندارد.
• همچنین توجه داشته باشید که منطقه CH تمام قله های زیر 3000 سانتی متر را نشان می دهد^-1 این همان چیزی است که ما برای یک کتون اشباع (“آلیفاتیک”) انتظار داریم.

مشکل 3:

• فرمول مولکولی C₆اچ₁₄O مربوط به IHD صفر است. هیچ پیوند دوگانه یا حلقه ای در مولکول وجود ندارد.
• با استفاده از این ما می توانیم بلافاصله رد کنیم د) و ه) زیرا ساختار آنها نمی تواند با فرمول مولکولی مطابقت داشته باشد (هر دو C هستند₆اچ₁₂O)
• هیچ قله OH در حدود 3200-3400 سانتی متر قابل مشاهده نیست^-1. می توانیم رد کنیم آ) و ب) .
• این ما را با این موضوع رها می کند ج) . این یک اتر است.
• نکته مفید: اترها در قسمت های برجسته طیف IR “ساکت” هستند. این گروه عملکردی به بهترین وجه از طریق فرآیند کسر شناسایی می شود. دیدن O در فرمول اما بدون اوج OH یا C=O، تنها انتخاب منطقی است ج) .
• نکته پایانی: ه) یک اتر حلقوی به نام “اپوکسید” است. سرنخ مهم برای تشخیص ج) و ه) این واقعیت بود که فرمول مولکولی به ما داده شد. در غیاب آن اطلاعات، تشخیص تفاوت بدون مشورت دقیق با جدول پیک IR دشوار بود.

مسئله 4:

• هدیه فوری بوی پوکه است. این قطعا اسید بوتیریک است!
• جدی تر: فرمول C₄اچ₈O₂ منطبق بر IHD 1 است. ما می توانیم بلافاصله رد کنیم ج) .
• با نگاهی به طیف مادون قرمز، پیک عظیمی را در 3300-2600 سانتی متر می بینیم.^-1 منطقه ای که همه چیز را از بین می برد. به نظر می رسد این کتاب درسی “ریش مودار” معمولی اسید کربوکسیلیک باشد، اما اجازه دهید قبل از تایید آن به دنبال اطلاعات بیشتری باشیم. حداقل می توانیم رد کنیم آ) ، که هیچ پیک OH ندارد.
• همچنین یک قله قوی را کمی بالاتر از 1700 سانتی متر می بینیم^-1 که نمونه ای از C=O است. ما می توانیم با خیال راحت رد کنیم ه) که به طور کامل فاقد گروه های کربونیل است.
• این ما را با دو انتخاب معقول می‌گذارد: ب) (اسید کربوکسیلیک) و د) کتون / الکل چگونه بین این دو انتخاب کنیم؟ “ریش مودار” تشخیصی است. پیک های OH الکل 600 واحد عدد موج را مانند پیک های اسید کربوکسیلیک پر نمی کنند، بنابراین پاسخ این است ب. [Go back and look at a few examples from the previous post if you’d like confirmation] یک راه ظریف تر برای تشخیص این دو ممکن است موقعیت قله کربونیل باشد، اما اسیدهای کربوکسیلیک (1700-1725 سانتی متر)^-1) تا حد زیادی در همان محدوده کتون ها (1705-1725 سانتی متر) ظاهر می شوند^-1).

ممکن است متوجه شوید که در هر یک از این چهار مثال ما یک روش ساده را دنبال کردیم:

1. از آنجایی که فرمول مولکولی به ما داده شد، ما آن را محاسبه کردیم شاخص کمبود هیدروژن این یک محاسبه سریع است و اطلاعات مفیدی به ما می دهد. ما توانستیم از آن برای «رد کردن» چند پاسخ که ممکن است به عنوان «سوالات ترفند» طبقه‌بندی کنید، استفاده کنیم.
2. در ادامه به بررسی آن پرداختیم منطقه هیدروکسیل حدود 3200-3400 سانتی متر برای پهن، گرد قله ها (“زبان”) نمونه ای از گروه های OH . مهمترین سوالی که می خواهیم به آن پاسخ دهیم این است: “آیا OH وجود دارد”؟
3. سپس، ما به منطقه کربونیل از حدود 1650 تا 1830 سانتی متر برای قله های تیز و قوی (“شمشیرها”) نمونه ای از گروه های C=O. در اینجا می خواهیم به سرعت بدانیم که آیا گروه های C=O وجود دارد یا خیر.
4. با استفاده از این سه قطعه از اطلاعات ما می توانیم سپس رد کردن گزینه های مختلفی که در اختیار ما قرار گرفت و گزینه های ممکن را محدود کرد. مسلماً، اینها نمونه‌های نسبتاً ساده‌ای بودند (فقط C، H، و O)، اما فرآیند فکر چیزی است که مهم است.

دو نکته پایانی در پایان:

• خوب است که بتوان در یک گروه عملکردی یک شناسه مثبت دریافت کرد، اما ruبیرون آوردن چیزها نیز می تواند ارزشمند باشد. را غیبت اوج OH یا C=O (یا هر دو) هنوز اطلاعات مفیدی است! ما از این در مسئله 3 استفاده کردیم تا نتیجه گیری وجود اتر به دلیل عدم وجود OH یا C=O.
• یک نکته مرتبط: اطلاعاتی که در مورد یک مولکول از منابع مختلف به دست می آورید (به عنوان مثال فرمول مولکولی، UV-Vis، IR، مشخصات جرم، 13-C و 1H NMR) با خود سازگار است و نباید متناقض باشد. من دوست دارم تعیین ساختار را کمی شبیه به تلاش برای استنباط ساختار یک جسم سه بعدی با تجزیه و تحلیل سایه هایی که از نورها در زوایای مختلف (یا متفاوت می اندازد) تصور کنم. طول موجبرای استفاده از یک قیاس کمی مناسب تر) از طریق منطق و استنتاج (و شاید یک یا دو جهش شهودی) می توانیم از لایه های مختلف اطلاعات برای عملکرد معکوس به شکل جسمی که در وهله اول سایه می اندازد استفاده کنیم.

بسیار مهم است که بتوانیم هر یک از این منابع اطلاعاتی را با هم ادغام کنیم. در این پست نمونه هایی از استفاده از هر دو شاخص غیراشباع و IR را برای نتیجه گیری در مورد گروه های عاملی موجود در مولکول مشاهده کردیم. همانطور که ما به سمت تکنیک های طیفی پیچیده تر حرکت می کنیم، این مهارت “ادغام” اهمیت فزاینده ای پیدا می کند! همانطور که خواهیم دید، حل ساختار یک ناشناخته کمی شبیه پر کردن یکی از آن «مربع‌های منطقی» است که احتمالاً در مدرسه ابتدایی با آن مواجه شده‌اید.

احتمالاً جایی برای پست سوم در مورد طیف‌سنجی IR وجود دارد که برخی از گروه‌های عملکردی که به ندرت با آن‌ها مواجه می‌شوند و سایر جزئیات را پوشش می‌دهد. اما در حال حاضر به سراغ تکنیک بعدی می رویم، طیف سنجی جرمی (MS) در پست بعدی این مجموعه.

---

یادداشت