podstawy spektroskopii w chemii organicznej
TRANSCRIPT
![Page 1: Podstawy spektroskopii w chemii organicznej](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022020916/61a17fd1d10aa85a3b64cf1f/html5/thumbnails/1.jpg)
Podstawy spektroskopii w
chemii organicznej:Spektroskopia w nadfiolecie i świetle widzialnym
Spektroskopia w podczerwieni (IR)
Spektrometria mas (MS)
Dr Daniel Łowicki
W ramach kursu: laboratorium z podstaw chemii organicznej
![Page 2: Podstawy spektroskopii w chemii organicznej](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022020916/61a17fd1d10aa85a3b64cf1f/html5/thumbnails/2.jpg)
Metody spektroskopowe i ich zastosowanie do identyfikacji związków organicznychW. Zieliński, A. Rajca
Spektroskopowe metody identyfikacji związków organicznychRobert Silverstein ,D. Kiemle , F.Webster
Określanie struktury związków organicznych metodami spektroskopowymi. Tablice i ćwiczenia M. Szafran, Z. Dega-Szafran
Literatura
Dr Daniel Łowicki Wydział Chemii UAM2
![Page 3: Podstawy spektroskopii w chemii organicznej](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022020916/61a17fd1d10aa85a3b64cf1f/html5/thumbnails/3.jpg)
Struktura cząsteczek organicznych
Skład pierwiastkowy
Masa cząsteczki
Szkielet cząsteczki
Wiązania wielokrotne
Grupy funkcyjne
Dr Daniel Łowicki Wydział Chemii UAM3
![Page 4: Podstawy spektroskopii w chemii organicznej](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022020916/61a17fd1d10aa85a3b64cf1f/html5/thumbnails/4.jpg)
Rodzaje spektroskopii
Skład pierwiastkowy
Analiza elementarna
Masa cząsteczki
MS
Szkielet cząsteczki
NMR
Wiązania wielokrotne
UV-Vis
Grupy funkcyjne
IR
Dr Daniel Łowicki Wydział Chemii UAM4
Zadanie:
Jaki rodzaj analizy
pozwala badać
następujące elementy
strukturalne cząsteczek?
![Page 5: Podstawy spektroskopii w chemii organicznej](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022020916/61a17fd1d10aa85a3b64cf1f/html5/thumbnails/5.jpg)
Dr Daniel Łowicki Wydział Chemii UAM5
Zadanie:
Nazwij poszczególne
widma.
![Page 6: Podstawy spektroskopii w chemii organicznej](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022020916/61a17fd1d10aa85a3b64cf1f/html5/thumbnails/6.jpg)
Gdzie się znajdujemy?
Dr Daniel Łowicki Wydział Chemii UAM6
spektroskopia NMR
spektroskopia
IR
Spektro-
skopia
UV-VIS
![Page 7: Podstawy spektroskopii w chemii organicznej](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022020916/61a17fd1d10aa85a3b64cf1f/html5/thumbnails/7.jpg)
• Długość fali: ………….
• Liczba falowa: ………..
n = 1/ l [ …… ]
• Energia fali E: ……………..
Ważne terminy
Dr Daniel Łowicki Wydział Chemii UAM7
Zadanie:
Podaj symbole oraz
jednostki wymienionych
wielkości fizycznych.
![Page 8: Podstawy spektroskopii w chemii organicznej](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022020916/61a17fd1d10aa85a3b64cf1f/html5/thumbnails/8.jpg)
1. Pozwala stwierdzić obecność …………………………
zwłaszcza ……………………..
2. Zakres promieniowania 200-780 nm
– Daleki nadfiolet – 100-200 nm
– Bliski nadfiolet – 200-400 nm
– Światło widzialne – 400-800 nm
Spektroskopia UV-VIS
Dr Daniel Łowicki Wydział Chemii UAM8
Zadanie:
Uzupełnij.
![Page 9: Podstawy spektroskopii w chemii organicznej](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022020916/61a17fd1d10aa85a3b64cf1f/html5/thumbnails/9.jpg)
Wiązania sprzężone
Wiązania sprzężone
Enony
Dieny i polieny
Areny
Dr Daniel Łowicki Wydział Chemii UAM9
![Page 10: Podstawy spektroskopii w chemii organicznej](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022020916/61a17fd1d10aa85a3b64cf1f/html5/thumbnails/10.jpg)
• Chromofor:
• Auksochromy:
• Przesunięcie batochromowe:
• Przesunięcie hipsochromowe:
Ważne terminy
Dr Daniel Łowicki Wydział Chemii UAM10
Zadanie:
Uzupełnij definicje.
![Page 11: Podstawy spektroskopii w chemii organicznej](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022020916/61a17fd1d10aa85a3b64cf1f/html5/thumbnails/11.jpg)
Wpływ auksochromów na
położenie pasma UV
przesunięcie batochromowe
Dr Daniel Łowicki Wydział Chemii UAM11
Zadanie:
1. Narysuj wzory
cząsteczek (benzenu,
fenolu, p-nitrofenolu).
2. Określ rodzaj
przesunięcia.
![Page 12: Podstawy spektroskopii w chemii organicznej](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022020916/61a17fd1d10aa85a3b64cf1f/html5/thumbnails/12.jpg)
Zastosowanie energii UV i Vis
do analizy TLC
Światło
widzialne UV KMnO4
12
Dr Daniel Łowicki Wydział Chemii UAM
1 2 3
1 2 31 2 3
![Page 13: Podstawy spektroskopii w chemii organicznej](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022020916/61a17fd1d10aa85a3b64cf1f/html5/thumbnails/13.jpg)
Obserwacja postępu reakcji
spektroskopią UV-Vis
Dr Daniel Łowicki Wydział Chemii UAM13
![Page 14: Podstawy spektroskopii w chemii organicznej](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022020916/61a17fd1d10aa85a3b64cf1f/html5/thumbnails/14.jpg)
Widmo UV – o czym informuje?
Dr Daniel Łowicki Wydział Chemii UAM14
![Page 15: Podstawy spektroskopii w chemii organicznej](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022020916/61a17fd1d10aa85a3b64cf1f/html5/thumbnails/15.jpg)
• Spektroskopia zakresu podczerwieni:
o Dalekiej (Far IR)
o Średniej lub właściwej (Mid IR)
o Bliskiej (Near IR)
Zakresy
FIR: ⊽ = 200 – 700 cm-1, λ = 50 – 14,3 μm
MIR: ⊽ = 700 – 4000 cm-1, λ = 14,3 – 2,5 μm
FIR: ⊽ = 4000 – 14300 cm-1, λ = 2,5 – 0,7 μm
Spektroskopia IR
Dr Daniel Łowicki Wydział Chemii UAM15
![Page 16: Podstawy spektroskopii w chemii organicznej](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022020916/61a17fd1d10aa85a3b64cf1f/html5/thumbnails/16.jpg)
Gdzie jesteśmy?
Dr Daniel Łowicki Wydział Chemii UAM16
Długość fali λ
(wave-length)
Liczba falowa ⊽(wavenumber)
Częstotliwość ν(frequency)
Zakres spektralny
(spectral range)
![Page 17: Podstawy spektroskopii w chemii organicznej](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022020916/61a17fd1d10aa85a3b64cf1f/html5/thumbnails/17.jpg)
• Transmitancja
• Absorbancja
• Prawo Lamberta-Beera
Ważne terminy
Dr Daniel Łowicki Wydział Chemii UAM17
![Page 18: Podstawy spektroskopii w chemii organicznej](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022020916/61a17fd1d10aa85a3b64cf1f/html5/thumbnails/18.jpg)
Absorbancja – logarytm z odwrotności transmitancji : A = log(1/T) = log(I0/I)
Transmitancja – stosunek intensywności (I) promieniowania monochromatyczne-
go po przejściu przez próbkę do jego intensywności początkowej I0 T = I / I0
Widmo IR
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
Ab
s
40
60
80
%T
1000 2000 3000
Liczby falowe (cm-1)
Dr Daniel Łowicki Wydział Chemii UAM18
Zadanie:
Wskaż, które widmo
zostało przedstawione
w trybie transmitancji,
a które w trybie
absorbancji.
![Page 19: Podstawy spektroskopii w chemii organicznej](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022020916/61a17fd1d10aa85a3b64cf1f/html5/thumbnails/19.jpg)
Drgania wiązań
Co powoduje promieniowanie IR?
Rozciąganie
symetryczne
Rozciąganie
asymetryczne
Dr Daniel Łowicki Wydział Chemii UAM19
Zadnie:
Zaznacz strzałkami ruch atomów
![Page 20: Podstawy spektroskopii w chemii organicznej](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022020916/61a17fd1d10aa85a3b64cf1f/html5/thumbnails/20.jpg)
Drgania deformacyjne
Rodzaje drgań
Drgania
kołyszące
(rocking)
Drgania
wachlarzowe
(wagging)
Drgania
nożycowe
(scissoring)
Drgania
skręcające
(twisting)
Dr Daniel Łowicki Wydział Chemii UAM20
Zadnie:
Zaznacz strzałkami ruch atomów
![Page 21: Podstawy spektroskopii w chemii organicznej](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022020916/61a17fd1d10aa85a3b64cf1f/html5/thumbnails/21.jpg)
O czym informuje spektroskopia w
podczerwieni?
przykłady:
Dr Daniel Łowicki Wydział Chemii UAM21
Grupy funkcyjne
Częstotliwość, przy której dana grupa funkcyjna
absorbuje promieniowanie IR nazywa się
częstotliwością (częstością) grupową.
![Page 22: Podstawy spektroskopii w chemii organicznej](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022020916/61a17fd1d10aa85a3b64cf1f/html5/thumbnails/22.jpg)
Charakterystyczne pasma
absorpcji w widmach IR
Dr Daniel Łowicki Wydział Chemii UAM22
![Page 23: Podstawy spektroskopii w chemii organicznej](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022020916/61a17fd1d10aa85a3b64cf1f/html5/thumbnails/23.jpg)
Przewidywanie zakresów
absorpcji
Dr Daniel Łowicki Wydział Chemii UAM23
![Page 24: Podstawy spektroskopii w chemii organicznej](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022020916/61a17fd1d10aa85a3b64cf1f/html5/thumbnails/24.jpg)
Zależność położenia pasm absorpcji od masy poszczególnych atomów:
Wiązania pojedyncze:
rozc. C-H 3000-2800 cm-1
rozc. N-H 3500-3200 cm-1
rozc. O-H 3700-3300 cm-1
heksan
2-aminopropan
2-butanol
Dr Daniel Łowicki Wydział Chemii UAM24
![Page 25: Podstawy spektroskopii w chemii organicznej](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022020916/61a17fd1d10aa85a3b64cf1f/html5/thumbnails/25.jpg)
25
2-butanol
Jak opisujemy widmo IR?
n C-H lub rozc. C-Hν O-H
Dr Daniel Łowicki Wydział Chemii UAM
def. O-H
lub δ O-H
ν (ni) – drgania rozciągające
δ (delta) – drgania deformacyjne
![Page 26: Podstawy spektroskopii w chemii organicznej](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022020916/61a17fd1d10aa85a3b64cf1f/html5/thumbnails/26.jpg)
Zależność położenia pasm absorpcji od krotności
wiązania:
rozc. C-C (alkan) 1400 cm-1 (nie diagnostyczne)
rozc. C=C (alken) 1660 cm-1
rozc. CC (alkin) 2200 cm-1
pentyn
pentan
penten
Dr Daniel Łowicki Wydział Chemii UAM26
![Page 27: Podstawy spektroskopii w chemii organicznej](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022020916/61a17fd1d10aa85a3b64cf1f/html5/thumbnails/27.jpg)
Zależność położenia pasm absorpcji drgań rozciągających wiązania
C-H od hybrydyzacji atomów węgla:
rozc. Csp3-H 3000-2800 cm-1
rozc. Csp2-H 3100-3000 cm-1
rozc. Csp-H 3300 cm-1
pentyn
pentan
penten
Dr Daniel Łowicki Wydział Chemii UAM27
![Page 28: Podstawy spektroskopii w chemii organicznej](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022020916/61a17fd1d10aa85a3b64cf1f/html5/thumbnails/28.jpg)
Wiązania potrójne:
rozc. CC 2200 cm-1
rozc. CN 2250 cm-1
2-butyn
propionitryl
Dr Daniel Łowicki Wydział Chemii UAM28
Intensywność pasm
n CC
n CN
![Page 29: Podstawy spektroskopii w chemii organicznej](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022020916/61a17fd1d10aa85a3b64cf1f/html5/thumbnails/29.jpg)
Drgania rozciągające asymetryczne i symetryczne (νas, νs)
Np. w -CH2, -NH2, -CO2–
2-aminopropan
H3CCH
CH3
NH H
Dr Daniel Łowicki Wydział Chemii UAM29
νas NH2 νsym NH2
![Page 30: Podstawy spektroskopii w chemii organicznej](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022020916/61a17fd1d10aa85a3b64cf1f/html5/thumbnails/30.jpg)
Związki karbonylowe
Dr Daniel Łowicki Wydział Chemii UAM30
Położenie pasma ν(C=O) w związkach
karbonylowych
![Page 31: Podstawy spektroskopii w chemii organicznej](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022020916/61a17fd1d10aa85a3b64cf1f/html5/thumbnails/31.jpg)
Związki karbonylowe
Dr Daniel Łowicki Wydział Chemii UAM31
![Page 32: Podstawy spektroskopii w chemii organicznej](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022020916/61a17fd1d10aa85a3b64cf1f/html5/thumbnails/32.jpg)
Wpływ wiązań wodorowych na
położenie pasm absorpcji
Dr Daniel Łowicki Wydział Chemii UAM32
![Page 33: Podstawy spektroskopii w chemii organicznej](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022020916/61a17fd1d10aa85a3b64cf1f/html5/thumbnails/33.jpg)
Związki aromatyczne
Dr Daniel Łowicki Wydział Chemii UAM33
![Page 34: Podstawy spektroskopii w chemii organicznej](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022020916/61a17fd1d10aa85a3b64cf1f/html5/thumbnails/34.jpg)
Mono i dwupodstawiony benzen
Dr Daniel Łowicki Wydział Chemii UAM34
![Page 35: Podstawy spektroskopii w chemii organicznej](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022020916/61a17fd1d10aa85a3b64cf1f/html5/thumbnails/35.jpg)
Na podstawie widm IR substratów i produktu określ jakiego typu
reakcja była przeprowadzona.
Kontrola przebiegu reakcji
Dr Daniel Łowicki Wydział Chemii UAM35
![Page 36: Podstawy spektroskopii w chemii organicznej](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022020916/61a17fd1d10aa85a3b64cf1f/html5/thumbnails/36.jpg)
Kontrola przebiegu reakcji
Dr Daniel Łowicki Wydział Chemii UAM36
1630
18301770
1670
![Page 37: Podstawy spektroskopii w chemii organicznej](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022020916/61a17fd1d10aa85a3b64cf1f/html5/thumbnails/37.jpg)
Informacje:
a) Masa cząsteczkowa
b) Obecność izotopów
c) Obecność heteroatomów (Cl, Br, N, S)
d) Przybliżony szkielet cząsteczki
MS – spektrometria mas
Dr Daniel Łowicki Wydział Chemii UAM37
![Page 38: Podstawy spektroskopii w chemii organicznej](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022020916/61a17fd1d10aa85a3b64cf1f/html5/thumbnails/38.jpg)
• Jon molekularny – jon powstający w wyniku
wybicia jednego elektronu z cząsteczki
• Pik podstawowy – o najwyższej
intensywności
• m/e lub m/z – stosunek masy do ładunku jonu
• Fragmentacja – proces rozpadu
Ważne terminy
Dr Daniel Łowicki Wydział Chemii UAM38
![Page 39: Podstawy spektroskopii w chemii organicznej](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022020916/61a17fd1d10aa85a3b64cf1f/html5/thumbnails/39.jpg)
JON MOLEKULARNY = masa cząsteczki
MS – Masa cząsteczki
Dr Daniel Łowicki Wydział Chemii UAM39
Zadanie:
Wskaż:
pik jonu molekularnego,
pik podstawowy oraz
piki jonów
fragmentacyjnych
![Page 40: Podstawy spektroskopii w chemii organicznej](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022020916/61a17fd1d10aa85a3b64cf1f/html5/thumbnails/40.jpg)
35Cl – 75% 79Br – 51%37Cl – 25% 81Br – 49%
MS – obecność heteroatomów
Dr Daniel Łowicki Wydział Chemii UAM40
Jon molekularny M+● = 112/114 (pik podwójny). Zapisz wartość dla bromobenzenu: ……….
![Page 41: Podstawy spektroskopii w chemii organicznej](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022020916/61a17fd1d10aa85a3b64cf1f/html5/thumbnails/41.jpg)
MS – obecność atomów azotu
Dr Daniel Łowicki Wydział Chemii UAM41
Zadanie:
1. Podaj treść reguły azotowej.
2. Wyjaśnij na poniższych przykładach.
![Page 42: Podstawy spektroskopii w chemii organicznej](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022020916/61a17fd1d10aa85a3b64cf1f/html5/thumbnails/42.jpg)
Rozpad zabroniony:
C E + F
kation (parzystoelektronowy)
(rodnik)kationorodnik (nieparzystoelektronowy)
Dr Daniel Łowicki Wydział Chemii UAM42
Rozpad cząsteczki (EI MS):
![Page 43: Podstawy spektroskopii w chemii organicznej](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022020916/61a17fd1d10aa85a3b64cf1f/html5/thumbnails/43.jpg)
Rozpad α
Rozszczepienie wiązań węgiel-heteroatom
Drogi fragmentacji
Dr Daniel Łowicki Wydział Chemii UAM43
![Page 44: Podstawy spektroskopii w chemii organicznej](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022020916/61a17fd1d10aa85a3b64cf1f/html5/thumbnails/44.jpg)
przegrupowanie McLafferty’ego
Drogi fragmentacji
Dr Daniel Łowicki Wydział Chemii UAM44
![Page 45: Podstawy spektroskopii w chemii organicznej](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022020916/61a17fd1d10aa85a3b64cf1f/html5/thumbnails/45.jpg)
Jak interpretować wyniki?
Dr Daniel Łowicki Wydział Chemii UAM45
![Page 46: Podstawy spektroskopii w chemii organicznej](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022020916/61a17fd1d10aa85a3b64cf1f/html5/thumbnails/46.jpg)
Tabela przykładowych
fragmentów i ich mas
Dr Daniel Łowicki Wydział Chemii UAM46
![Page 47: Podstawy spektroskopii w chemii organicznej](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022020916/61a17fd1d10aa85a3b64cf1f/html5/thumbnails/47.jpg)
Najczęstsze błędy
Dr Daniel Łowicki Wydział Chemii UAM47
![Page 48: Podstawy spektroskopii w chemii organicznej](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022020916/61a17fd1d10aa85a3b64cf1f/html5/thumbnails/48.jpg)
Najczęstsze błędy
Dr Daniel Łowicki Wydział Chemii UAM48
Brak ładunku – obojętna cząsteczka nie fragmentuje
Poprawny zapis:
![Page 49: Podstawy spektroskopii w chemii organicznej](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022020916/61a17fd1d10aa85a3b64cf1f/html5/thumbnails/49.jpg)
Najczęstsze błędy
Dr Daniel Łowicki Wydział Chemii UAM49
Poprawny zapis jeżeli występuje pik o m/z 31:
Podawanie wartości m/z dla fragmentów nie obdarzonych ładunkiem
![Page 50: Podstawy spektroskopii w chemii organicznej](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022020916/61a17fd1d10aa85a3b64cf1f/html5/thumbnails/50.jpg)
Stopień nienasycenia (Degree of Unsaturation DU)
Współczynnik niedoboru wodoru (Index of Hydrogen Defficiency IHD)
Ekwiwalent wiązań podwójnych i pierścieni (Double Bond Equivalent DBE).
Stopień nienasycenia cząsteczki
Dr Daniel Łowicki Wydział Chemii UAM
1222
=NXH
CDBE
50
Zadanie:
Oblicz stopień
nienasycenia związków
o wzorach:
a) C7H8N2O
b) C16H18ClN3O2
c) C5H11IO