h - SGGW

http://www.sggw.waw.pl/~stepniak/
e-mail: [email protected]
SPEKTROSKOPIA
Jakie zjawisko fizyczne wykorzystuje się w procesie spektroskopii?
I.
Spektroskopia absorpcyjna
II.
Spektroskopia emisyjna
Spektroskopia jest to metoda analizy, w której wykorzystuje się absorpcję lub emisję promieniowania elektromagnetycznego.
Jakie zmiany w materii powoduje absorpcja promieniowania elektromagnetycznego?
Oddziaływanie promieniowania elektromagnetycznego zależy od energii tego promieniowania.
ε = h ⋅υ
Jak oblicza się energię kwantu promieniowania elektromagnetycznego?
X
UV
λ
h = 6,62·10-34 [J·s]; ν [Hz = s-1]; c = 3·108 [m·s-1]; λ [m]; ν [cm-1]
Jak dzielą się metody spektroskopowe ze względu na wartość absorbowanej energii?
γ
c ε = h ⋅ c ⋅υ
ε = h⋅
VIS
IR
MW
FM
Wzrost długości fali promieniowania elektromagnetycznego (λ)
Spektroskopia jądrowa
Spektroskopia atomowa
Spektroskopia
rezonansu magnetycznego (NMR)
Spektroskopia molekularna
Jaką wielkość spektroskopową wykorzystuje się do celów analizy jakościowej? Energie kwantów promieniowania absorbowanego.
Spektroskopia IR (widmo oscylacyjno-rotacyjne)
Jakie informacje o cząsteczce odczytuje się z widma IR?
3
1
2
HO
5
7
4
8
6
3700-3100
Charakterystyczne pasma absorpcji IR grup atomów
Liczba falowa
Grupy atomów
Związki
ν[cm–1]
Alkohole, fenole,
3 700 -3 100
-O-H, >N-H
aminy, kw. karboksylowe
Węglowodory
3 100 – 3 000
>C=C-H
aromatyczne i
nienasycone
Węglowodory
3 000 – 2 800
>C-H
nasycone
2 400 – 2 000
-CN, H-C=C-H
Nitryle, alkiny
1 850 – 1 650
>C=O
Aldehydy, ketony
1 650 – 1 620
>C=C<
Alkeny
Pierścień aroma1 615 – 1 515
>C=C<
tyczny
1 200 – 1 000
-C-O-CEtery, estry
4
C
H3C
H3C
C
O
1850-1650
2
3
N
1
N
H
H
2260-2220
3500-3330, 3000-2500
1550
-
1070
Jakie informacje o cząsteczce odczytuje się z widma NMR?
Multipletowość sygnału NMR (Mi)
CH2Cl-CCl2-CH3
1
M i = (m + 1) ⋅ (n + 1) ⋅ (k + 1)
CHCl2
0,9
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
H
C
CHBr2
CHI2
Cl2CH-CH2Br
1
M i = (1 + 1) ⋅ (1 + 1) ⋅ (1 + 1) = 8
CHCl2
H
0,9
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
C
CHCl2
CHCl2
M i = (3 + 1) ⋅ (0 + 1) ⋅ (0 + 1) = 4
Typy protonów w cząsteczkach.
Przesunięcia chemiczne δ [ppm]
R-CH3
R-CH2-R
R2C=C(R)-CH3
O=C(R)-CH3
Ar-CH3
R-C=C-H
Ar-CH2-(C=O)-R
R2C=CH2
Ar-H
R-CH=O
Ar-OH
R-COOH
0,9
1,3
1,8
2,0 – 2,3
2,3
2,5
3,5 – 3,9
4,1 – 5,9
6,0 – 8,5
9,0 - 10
4,0 - 12
10,5 - 12
Etapy identyfikacji substancji chemicznych
I.
Stopień nienasycenia cząsteczki (n)
Wyizolowanie substancji chemicznej:
2 + 2⋅C + N − H
2
1.
Krystalizacja
2.
Destylacja
3.
Ekstrakcja
Gdzie:
4.
Chromatografia
C – liczba atomów węgla w cząsteczce
N - liczba atomów azotu w cząsteczce
H - liczba atomów jednowartościowych w cząsteczce
(H, Cl, Br, itp.)
n=
a)
Adsorpcyjna
b)
Podziałowa
II.
Przeprowadzenie w formę jonową (Mineralizacja)
III.
Analiza jakościowa - identyfikacja jonów
IV.
Analiza ilościowa - analiza elementarna (% zawartość pierwiastków)
V.
Ustalenie wzoru empirycznego
VI.
Oznaczenie masy molowej substancji (M), (MS)
VII.
Ustalenie wzoru rzeczywistego (sumarycznego)
VIII.
Obliczenie stopnia nienasycenia (n)
IX.
Ustalenie wzoru strukturalnego
Przykład 1.
n=
2 + 2⋅6 + 0 − 6
=4
2
Stopień nienasycenia cząsteczki = 4.
(3 wiązania π i pierścień).
a)
Metodami chemicznymi
b)
Metodami spektroskopowymi: UV, VIS, IR, NMR
Przykład 2.
C
A_II
%C = 78,65
%H = 8,25
IR: 3 300 cm–1
n=
C
H
2 + 2 ⋅8 + 0 − 6
=6
2
Stopień nienasycenia cząsteczki = 6.
(5 wiązań π i pierścień).
Przykład 3.
O
H
10
9
8
7
6
5
m (4H)
s(1H)
4
3
2
q(2H)
1
t(3H)
0
HO
Ćwiczenie 8. Identyfikacja związku organicznego
na podstawie wyników analizy elementarnej
i widm spektroskopii IR i NMR
1 Wykorzystując wyniki analizy elementarnej ustalić, jaki jest wzór empiryczny badanego związku:
………………………………………………...............................................
2. Masa molowa badanego związku, M = 122 g/mol
3. Ustalić, jaki jest wzór sumaryczny badanego związku:
C
C
OH
H
O
n=
2 + 2⋅4 + 0 − 4
=3
2
Stopień nienasycenia cząsteczki = 3.
(3 wiązania π).
Przykład 4.
………………………………………………………………………...........
4. Określić stopień nienasycenia cząsteczki (n) badanego związku:
n = …………………….
5. Na podstawie widma IR określić, jakie charakterystyczne grupy atomów zawiera cząsteczka badanego związku:…………………............
6. Na podstawie widma NMR określić, czy związek jest aromatyczny:
aromatyczny/alifatyczny: ……………………………………….........
7. Podać wzór strukturalny cząsteczki badanego związku:
C
C
N
n=
2 + 2 ⋅5 +1− 5
=4
2
Stopień nienasycenia cząsteczki = 4.
(3 wiązania π i pierścień).
8. Podać nazwę badanego związku:
…………………………………………………………………………
2
3