TIỂU LUẬN PHỔ HỒNG NGOẠI IR VÀ SƯ DỤNG PHỔ ĐỂ CẤU TRÚC

 Vùng bức xạ hồng ngoại IR là một vùng phổ bức xạ điện từ rộng nằm giữa vùng trông thấy và vùng vi ba; vùng này có thể chia thành 3 vùng nhỏ:về các dao động của các phân tử do đó là các

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINHLỚP CAO HỌC LL&PPDH HÓA HỌC – K23

BÀI BÁO CÁO

Chuyên đề: CƠ SỞ LÝ THUYẾT HÓA HỮU CƠ

Đề tài

GVHD: PGS.TS Nguyễn Tiến Công Học viên:KHAMMANY Sengsy

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 3 năm 2013

1 Nguyễn Hữu Đĩnh, Trần Thị Đà, Ứng dụng một số phương

pháp phổ nghiên cứu cấu trúc phân tử, NXB Giáo Dục, 1999.

2 Nguyễn Hữu Đĩnh, Đỗ Đình Rãng, Hóa học hữu cơ 1, NXB

Giáo Dục, 2003

3 Nguyễn Tiến Công, Phương pháp phổ nghiên cứu cấu trúc,

Khoa Hoá ĐHSP TP Hồ Chí Minh, 2008

4 Nguyễn Đình Triệu, Các phương pháp vật lý ứng dụng trong

hóa học, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội

Chương 1: Khái quát chung phổ hồng ngoại IR 1.1 Lý huyết chung

1.9 Phương pháp nghiên cứu phổ hồng ngoại

Chương 2:sư dụng phở hồng ngoại IR để cấu trúc.

2.1 Ứng dụng

2.2 Hạn chế

2.3 phô IR của cac hop chat huu co

1.2 Sóng điện từ

Khái quát chung phổ hồng ngoại IR.

Sóng điện từ được tạo thành từ dao động của photon

+ : số sóng, đơn vị là cm-1

_

v

Khái quát chung phổ hồng ngoại IR.

1.3 Định luật hấp thụ ánh sáng (micron), mμ, cm, m…Định luật Lambert – Beer) Khi chiếu một chùm tia đơn sắc (micron), mμ, cm, m…có bước sóng λ xác định) đi qua mẫu chất nghiên cứu thì cường độ của tia sáng ban đầu I0 sẽ bị giảm đi chỉ còn I

l: chiều dầy lớp dd (micron), mμ, cm, m…cm)

εClD: hệ số hấp thụ mol đặc trưng cho từng chất

 Vùng bức xạ hồng ngoại (IR) là một vùng phổ bức xạ điện từ rộng nằm giữa vùng trông thấy và vùng vi ba; vùng này có thể chia thành 3 vùng nhỏ:

về các dao động của các phân tử do đó là các thông tin

về cấu trúc của các phân tử

 Để có thể hấp thụ bức xạ hồng ngoại, phân tử

đó phải đáp ứng các yêu cầu sau:

 - Độ dài sóng chính xác của bức xạ: một phân tử hấp thụ bức xạ hồng ngoại chỉ khi nào tần số dao động tự nhiên của một phần phân tử (tức là các nguyên tử hay các nhóm nguyên tử tạo thành phân

tử đó) cũng là tần số của bức xạ tới

- Một phân tử chỉ hấp thụ bức xạ hồng ngoại khi nào

sự hấp thụ đó gây nên sự biến thiên momen lưỡng cực của chúng

Khái quát chung phổ hồng ngoại IR

1.4 Nguyên nhân phát sinh phổ hồng ngoại

- Các nguyên tử trong phân tử luôn ở trạng thái dao động không ngừng

- Khi hấp thụ năng lượng, phân tử sẽ chuyển từ trạng thái dao động thấp (micron), mμ, cm, m…trạng thái cơ bản) lên các trạng thái dao động cao hơn

- Như vậy, nguyên nhân phát sinh các vân phổ hồng ngoại chính là

do sự chuyển mức dao động của phân tử dưới tác dụng của bức xạ hồng ngoại Vì vậy, phổ hấp thụ hồng ngoại còn được gọi là phổ dao động

- Một phân tử chỉ hấp thụ bức xạ hồng ngoại khi nào sự hấp thụ đó gây nên sự biến thiên momen lưỡng cực của chúng

- Mỗi dao động ứng với một vân phổ trên phổ đồ

Khái quát chung phổ hồng ngoại IR

1.5 Sự dao động của phân tử

Khi hấp thụ các bức xạ điện từ trong vùng hồng ngoại sẽ dẫn đến

sự dao động của phân tử Có 2 loại dao động chính:

- Dao động hóa trị (micron), mμ, cm, m…kí hiệu ν) là những dao động giãn và

nén dọc theo trục liên kết làm thay đổi độ dài liên kết giữa 2 nguyên tử trong phân tử

- Dao động biến dạng (micron), mμ, cm, m…kí hiệu δ) là những dao động làm thay đổi góc giữa các liên kết

Việc làm thay đổi góc liên kết thường dễ hơn làm thay đổi độ dài liên kết Vì vậy, năng lượng của dao động biến dạng (micron), mμ, cm, m…và do đó tần số của nó) thường nhỏ hơn năng lượng của dao động hóa trị

Mỗi kiểu dao động lại gồm dao động đối xứng và dao động bất đối xứng

Khái quát chung phổ hồng ngoại IR

Số lượng các dao động riêng của phân tử phụ thuộc vào số lượng các nguyên tử trong phân tử và cấu trúc phân tử Một phân

tử có N nguyên tử thì tổng số các dao động riêng sẽ là:

- Đối với các phân tử có cấu trúc thẳng : 3N – 5

- Đối với các phân tử có cấu trúc không thẳng: 3N – 6

Khái quát chung phổ hồng ngoại IR.

Khái quát chung phổ hồng ngoại IR

- Đối với các phân tử phức tạp nhiều nguyên tử, số dao động tăng lên rất nhiều

Ví dụ: CH3CHO có 7 nguyên tử, vậy sẽ có 3.7 – 6 = 15 dđ

- Các dao động trong phân tử lại tương tác với nhau làm biến đổi lẫn nhau nên không còn tương ứng với tần số của những dao động cơ bản nữa Vì thế, thay cho việc phân tích tỉ

mỉ tất cả các dao động cơ bản, người ta đưa vào quan niệm dao động nhóm

- Quan niệm này xem sự dao động của các nhóm chức độc lập với các dao động khác trong toàn phân tử

1.6 Dao động nhóm

Dao động của nhóm metylen

Khái quát chung phổ hồng ngoại IR

1.7 Tần số đặc trưng nhóm

- Theo quan điểm dao động nhóm, các nhóm nguyên tử giống nhau trong các phân tử khác nhau sẽ thể hiện dao động tổ hợp của chúng ở những khoảng tần số giống nhau và gọi là tần số đặc trưng nhóm

- Đối với các nhà hóa hữu cơ quan trọng nhất là vùng

650-4000 cm-1 Vùng này lại được chia làm hai:

- Vùng nhóm chức (micron), mμ, cm, m…1500 – 4000 cm-1)

- Vùng “vân ngón tay” (micron), mμ, cm, m…<1500 cm-1)

- Biết được tần số dao động của một nhóm nguyên tử có thể nhận ra sự có mặt của nhóm nguyên tử đó trong phân tử

Vị trí hấp thụ của một số nhóm chức quan trọng

Khái quát chung phổ hồng ngoại IR

1.8 Mô tả phổ hồng ngoại

Vân phổ hồng ngoại có 3 đặc trưng cần được mô tả là:

- Vị trí của vân phổ: được chỉ bởi bước sóng hoặc số sóng của đỉnh phổ (micron), mμ, cm, m…mũi cực đại của vân phổ)

- Cường độ của vân phổ: được đánh giá theo diện tích của vân phổ: vân phổ càng rộng và càng cao thì có cường độ càng lớn

và thường được đánh giá theo 3 mức độ: mạnh (micron), mμ, cm, m…m), trung bình (micron), mμ, cm, m…tb) và yếu (micron), mμ, cm, m…y)

- Hình dáng vân phổ: để mô tả vân phổ hồng ngoại, người ta cần chỉ rõ đó là vân phổ rộng (micron), mμ, cm, m…tù) hay hẹp (micron), mμ, cm, m…mảnh), chỉ có một đỉnh phổ hay nhiều đỉnh phổ



_



Khái quát chung phổ hồng ngoại IR.

Đối với phổ hồng ngoại, trục thẳng đứng biểu thị phần

trăm độ truyền qua, trục nằm ngang biểu thị





Đối với phổ hồng ngoại, trục thẳng đứng biểu thị % độ hấp thụ A, trục nằm ngang biểu thị





Khái quát chung phổ hồng ngoại IR

1.9 Phương pháp nghiên cứu phổ hồng ngoại

Khi nghiên cứu phổ hồng ngoại, chúng ta cần tập trung quan sát và đánh giá về vị trí, hình dạng (micron), mμ, cm, m…vân đơn hay đôi), độ tập trung (micron), mμ, cm, m…sắc nét hay tù, rộng) và cường độ vân hấp thụ; từ đó tìm ra mối liên quan với một nhóm chức nào đó Để làm được điều này, ta chia phổ hồng ngoại thành một số vùng khác nhau

và tìm kiếm trên mỗi vùng những nét đặc trưng của một loại nhóm chức nào đó

Kiểm tra vùng tần số > 2500cm -1 Chuyển sang

bước 2 Không có hấp thụ

Đám vân trải rộng từ 2500-3500cm -1

Vân sắc nét ở gần 2720cm -1

Đám vân sắc nét ở 2700 - 3000cm -1

Đám vân sắc nét ở 3000 - 3100cm -1

Các vân ở vùng 3200 - 3600cm -1

Có thể có nhóm –CHO Kiểm tra và tìm nhóm C=O ở gần 1720cm -1

Dao động hóa trị C – H (CH, CH2, CH3)

Dao động hóa trị C – H của anken hay aren

-OH; -NH hay -CC – H:

-OH của ancol hay phenol thường là 1 đám vân có cường độ mạnh; -NH thường là vân đơn, cường độ trung bình;

-NH2 thường là vân đôi, cường độ trung bình;

-CC – H: vân sắc nhọn- Kiểm tra tìm nhóm -CC- ở gần 2100cm -1

Thấy Thấy Thấy

BƯỚC 1

BƯỚC 2

Kiểm tra vùng 1500-2500cm -1

Chuyển sang bước 3

Không có hấp thụ

Các vân ở vùng 2100-2300cm -1

Vân có cường độ mạnh ở

Dao động hóa trị C = O

Vòng thơm hay liên kết N – H (kiểm tra vùng > 2500cm-1)

Thấy

Thấy Thấy

Có thể có nhóm CC hay CN

BƯỚC 3

Kiểm tra vùng 1100-1500cm -1 Chuyển sang

bước 4 Không có hấp thụ

Các băng mạnh ở vùng 1050-1300cm -1

Vân sắc nét cường độ trung bình ở gần 1375cm -1

Vân sắc nét, cường độ trung bình ở gần 1450cm -1

Chuyển sang bước 2

Dao động hóa trị

BƯỚC 4

Kiểm tra vùng < 900cm -1

Vân sắc nét ở gần 720cm -1

Các băng sắc nét khác ứng với liên kết

C – Cl; anken hay vòng thơm

Nhân thơm có 1 nhóm thế:

710-690cm -1 ; 770-730cm -1

Hai nhóm thế ở vị trí 1,2: 770-735cm -1

Hai nhóm thế ở vị trí 1,3: 735-680cm -1 ; 810-750cm -1

Hai nhóm thế ở vị trí 1,4: 860-800cm -1

Tóm tắt kết qủa

Kết thúc

Tóm tắt kết qủa

Nhóm –CH3

Không có hấp thụ

Có hấp thụ

Không có hấp thụ

Có hấp thụ mạnh

Không có hấp thụ

Có hấp thụ

Phổ hồng ngoại của 3-(micron), mμ, cm, m…4-pyriđyl)-1-p-tolyl-prop-2-en-1-on (micron), mμ, cm, m…T1)

Chương 2:sư dụng phở hồng ngoại IR để cấu trúc.

2.1 Ứng dụng của phổ hồng ngoại

 Nhận biết các chất

- Trong nhiều trường hợp, việc đọc phổ và tìm các tần số đặc trưng chỉ

có thể giúp ta đoán được loại hợp chất và kiểu liên kết nhưng không đủ để nhận biết một cách toàn diện về chất nghiên cứu.

- Cũng cần tránh khuynh hướng cố gắng giải và gán cho mọi đám phổ quan sát thấy, nhất là các đám phổ vừa và yếu trong vùng “vân ngón tay”.

- Mỗi khi phát hiện một loại chất, người ta so sánh phổ của chất đó với phổ của chất tinh khiết tương ứng để có thể nhận diện chúng.

 2.1 Ứng dụng của phổ hồng ngoại

 Suy đoán về tính đối xứng của phân tử

sư dụng phở hồng ngoại IR để cấu trúc.

2.2 Hạn chế của phổ hồng ngoại

- Phương pháp phổ hồng ngoại không cho biết phân tử lượng

- Nói chung phổ hồng ngoại không cung cấp thông tin về vị trí

tương đối của các nhóm chức khác nhau trong cùng một phân tử

- Chỉ dùng phổ hồng ngoại thì đôi khi chưa thể biết đó là chất nguyên chất hay hỗn hợp vì có trường hợp 2 chất có phổ hồng ngoại giống nhau

- Để xác định chính xác CTCT của một chất thì phải kết hợp thêm các phương pháp phổ khác như MS, NMR, UV…

1680 - 1620 biến đổi mũi nhọn, đáy hẹp, thường trung bình hoặc yếu và rất

yếu khi gần đối xứng

nhọn, đáy hẹp

sư dụng phở hồng ngoại IR để cấu trúc.

Axit cacboxylic

ν C = O

trung bình bầu, đáy rộng, thường cho vân đôi

bầu, đáy rộng, thường cho vân đơn Amin thơm cao hơn amin béo.

84