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Spektroskopie-Seminar SS 18

3 Infrarot-Spektroskopie

Infrarot-Spektroskopie

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Spektroskopie-Seminar

3 Infrarot-Spektroskopie3.1 Schwingungsmodi

• Moleküle werden mit Licht im Infrarot-Bereich (400-4000 cm-1) bestrahlt

• Durch Absorption werden Schwingungen im Molekül angeregt

• Im IR-Spektrum werden die absorbierten Wellenlängen in Form von Banden sichtbar

�� =1

λ=

�

�

�� = ��

Symmetrische Asymmetrisch Deformationsschwingung (δ)

Valenzschwingung (ν)

Wellenzahl ��:

Schwingungsmodi:

λ = Wellenlänge, f = Frequenz, c = Lichtgeschwindigkeit

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3 Infrarot-Spektroskopie3.1 Schwingungsmodi

• Bindungen zwischen Atomen können als Federn

betrachtet werden (harmonischer Oszillator)

• Je stärker die Feder, desto mehr Energie ist nötig,

um Schwingungen anzuregen

• umso größer sind Frequenz und Wellenzahl

�� =

�=

�

�� =

��

�

�

� = Kraftkonstante µ = reduzierte MasseIR-aktiv sind nur solche Schwingungen, bei denen sich das Dipolmoment ändert

3


3 Infrarot-Spektroskopie3.2 Absorptionsbanden allgemein

Stärkere Bindung � höhere Wellenzahl

Schwerere Atome u. Gruppen

� kleinere Wellenzahl

Valenzschwingungen: 4000-1500 cm-1

Deformationsschwingungen: ca. <1500 cm-1

X-H-Bereich

C-H-BereichDreifachbindungs-Bereich

Doppelbindungs-bereich

Charakteristischer Bereich für funktionelleGruppen

Fingerprint-Bereich

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3 Infrarot-Spektroskopie3.3 Schwingungsdaten wichtiger Strukturelemente

Schwingung �� Bemerkung

C-O-C Valenz 1150-1020 Scharfe Bande

C-O Valenz, primäre Alkohole 1050-1010

C-O Valenz, sekundäre+tertiäre Alkohole 1200-1100 5



CH-Bindungen

Valenzschwingung der C-H Bindung liegt zwischen:

3300 cm-1 >3000 cm-1 <3000 cm-1 2850 cm-1

sp-CH sp2-CH sp3-CH

Je höher der s-Anteil der Bindung, desto stärker und somit kürzer die Bindung und desto höher die Wellenzahl (mehr Energie zur Anregung nötig)

sp3

sp2

sp 6



Beispiel Octadiin

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Beispiel Heteroatom-H Bindungen

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3.4 Schwingungsdaten wichtiger Strukturelemente

Carbonyl-Verbindungen

Wellenzahl zwischen:

1800 cm-1 1550 cm-1

Säurehalogenide Ester Aldehyde Ketone Amide Carboxylate

kurze CO-Bindung lange CO-Bindung

Je stärker die Mesomerie (+M) und der positive induktive Effekt (+I), desto kleiner die Wellenzahl!

-I-Effekt führt zu größeren Wellenzahlen (siehe Säurehalogenide)



H

O O

1700 cm-1

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Beispiele für Carbonylbanden



O

O

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C=C-Doppelbindungen



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sp2

ortho

para

meta (sehr klein)


Aromaten

CH-Schwingungen an unterschiedlich substituierten Aromaten:

Ringschwingung (C=C-Valenzschwingungen, mittelstark):

1610-1590 cm-1, 1500-1480 cm-112



Aromaten

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CO2

• Das IR-Spektrum von Luft zeigt

zwei intensive Banden zwischen

• 2400 und 2300 cm-1

• (O=C=O-Valenzschwingungen)

• Sind sehr oft in selbstgemessenen

Spektren noch zu sehen

• Gehören nicht zur Probe!

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3 Infrarot-Spektroskopie3.5 Anwendung

• Strukturaufklärung

• Funktionelle Gruppen erzeugen charakteristische Banden

• Unterscheidung von Substanzen mit ähnlichen NMR-SpektrenBeispiel: Sulfon- und Sulfid-Gruppe

• IR-Spektrum = Fingerabdruck eines Moleküls (vor allem Fingerprint Bereich)

• ABER! Aussehen des Spektrums ist abhängig von Messform (also: Lösung, KBr-Pressling)

• Anzahl der Banden kann Aufschluss über die Symmetrie (Punktgruppe) von Komplexen liefern

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3 Infrarot-Spektroskopie3.6 Literaturverweise

Kurze Einführung und ausführliche Tabellen, im hinteren Teil des Organikums sind repräsentative Spektren für verschiedene Verbindungsklassen abgebildet:

• Organikum, 22. Aufl., S. 90 ff. und Kapitel E. “Identifizierung”

Ausführliches Standardwerk über Spektroskopie:

• Hesse Meier Zeeh, Spektroskopische Methoden in der organischen Chemie, 6. Aufl., S. 31 ff

Gutes Handout der Uni Stuttgart

• http://www.uni-stuttgart.de/ochem/lehre/praktika/2011/2011wise/2011wise-umwa/Handout_IR_6.pdf

Umfangreiche Datenbank mit einer Vielzahl von Spektren:

• http://sdbs.db.aist.go.jp/sdbs/cgi-bin/direct_frame_top.cgi

Gute Übung zur Auswertung von IR-Spektren finden sich auf Youtube, z. B.:

• https://www.youtube.com/watch?v=mJt1QI-yDG4

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