CHƯƠNG 2. PHỔ HỒNG NGOẠI (IR SPECTROSCOPY)
2.10. MỘT SỐ BÀI TẬP CƠ BẢN
Câu 1. Benzaldehyde có phổ IR được hiển thị bên dưới, chứa liên kết C=O. Xác định sự hấp thụ tương ứng với liên kết C=O.
70
Hướng dẫn:
Tín hiệu phổ của liên kết C=O thường xuất hiện ở 1720 cm-1, có cường độ mạnh, dạng vân nhọn. Tín hiệu phổ của liên kết C=O trong benzaldehyd đặc biệt xuất hiện ở khoảng 1700 cm-
1do có sự liên hợp giữa C=O và C=C.
Câu 2. Dựa vào những đặc trưng phổ IR nào để có thể phân biệt dimethyl ether với acetone?
Hướng dẫn:
Dimethyl ether Acetone
Tín hiệu phổ của liên kết C−O trong ether thường ở khoảng 1000 – 1300 cm-1, cụ thể trong dimethyl ether tín hiệu phổ xuất hiện ở 1120 cm-1.
Tín hiệu phổ của liên kết C=O trong ketone thường xuất hiện ở 1710 - 1730 cm-1, cụ thể trong acetone tín hiệu phổ xuất hiện ở 1715 cm-1.
Câu 3. Phổ IR của một hợp chất có công thức phân tử C9H10O có hấp thụ mạnh ở 1686 cm-1. Hợp chất nào trong số các hợp chất sau phù hợp với phổ đó? Giải thích.
A B
Hướng dẫn:
Tín hiệu phổ của liên kết C=O trong ketone thường xuất hiện ở 1710 - 1730 cm-1.
71
Khi một nhóm C=O được liên hợp với liên kết C=C hoặc C≡C, tần số hấp thụ C=O thường giảm 20–40 cm-1.
Chất cần tìm là A.
Câu 4. Dựa vào những đặc trưng phổ IR nào để có thể phân biệt các chất sau?
acetone methyl acetate acetaldehyde acetic acid Hướng dẫn:
Tín hiệu phổ của liên kết C−O trong ester thường ở khoảng 1000 – 1300 cm-1. Liên kết C−H trong aldehyde có 2 tín hiệu phổ thường ở 2720 cm-1 và 2820 cm-1.
Tín hiệu phổ của liên kết O−H trong carboxylic acid thường ở khoảng 2400 – 3400 cm-1. Chất còn lại là acetone.
Câu 5. Đối với mỗi cặp hợp chất sau đây, hãy cho biết dao động hoá trị CN trong chất nào hấp thụ các photon IR tần số cao hơn? Giải thích.
Cặp chất 1:
Cặp chất 2:
Cặp chất 3:
72
Hướng dẫn:
Cặp (1): CN trong chất (b) hấp thụ các photon IR tần số cao hơn vì C≡N trong chất (b) liên kết mạnh hơn và bền hơn dẫn đến độ rung động cao hơn C=N trong chất (a).
Cặp (2): CN trong chất (a) hấp thụ các photon IR tần số cao hơn vì C=N trong chất (a) liên kết mạnh hơn và bền hơn dẫn đến độ rung động cao hơn C−N trong chất (b).
Cặp (3): CN trong chất (b) hấp thụ các photon IR tần số cao hơn vì nguyên tử 12C trong chất (b) có khối lượng thấp hơn dẫn đến tần số rung động cao hơn nguyên tử 13C trong chất (a).
Câu 6. Cho 3 amide và các phổ IR của chúng (không theo thứ tự) như sau: N-methyl-2,2- dimethylpropanamide; 2-methylpropanamide; và N,N-dibutylformamide. Hãy xác định phổ IR của mỗi chất và giải thích.
73
Hướng dẫn:
Tín hiệu phổ N−H xuất hiện ở khoảng 3300 – 3500 cm-1.
Tín hiệu phổ N−H của amine bậc 1 (RNH2) hoặc amide (RCONH2) xuất hiện đỉnh kép.
Tín hiệu phổ N−H của amine bậc 2 (R2NH) hoặc amide (RCONHR) xuất hiện đỉnh đơn.
Tín hiệu phổ N−H của amine bậc 3 (R3N) hoặc amide (RCONR2) không xuất hiện.
Vậy ta có:
2-methylpropanamide – phổ (a)
N-methyl-2,2-
dimethylpropanamide – phổ (b)
N,N-dibutylformamide – phổ (c)
Câu 7. Hai hợp chất nitrile và ankyne có quang phổ IR như sau (không theo thứ tự):
74
a) Quang phổ nào trong số hai quang phổ trên có thể tương ứng với nitrile? Giải thích.
b) Alkyne có thể nằm giữa mạch hay đầu mạch? Giải thích.
Hướng dẫn:
a) Nitrile – phổ (a)
Vân phổ RC≡CR có cường độ yếu, còn vân phổ RC≡N có cường độ trung bình. Cả hai đều có dạng vân nhọn và hầu như cùng vị trí khoảng 2100 – 2260 cm-1.
b) Đỉnh C−H của alkyne nằm ở 3300cm-1 có dạng vân nhọn. Trường hợp phổ (b) đỉnh C−H của alkyne không xuất hiện, chứng tỏ ankyne nằm ở giữa mạch.
Câu 8. Dựa vào cường độ vân phổ C−H (alkane), hãy nối các hợp chất A−C với các phổ đồ (a)−(c).
A B C
75
Hướng dẫn:
A – (c); B – (a) ; C – (b)
Đỉnh phổ C−H (alkane) xuất hiện trong khoảng 2800 – 3000 cm-1. Cường độ vân phổ C−H (alkane) giảm khi số lượng liên kết C−H (alkane) trong phân tử giảm.
Câu 9. Hãy xác định công thức cấu tạo thu gọn của hợp chất có công thức phân tử C7H8O biết phổ IR của nó như sau:
Hướng dẫn:
CTPT: C7H8O
Độ bất bão hoà k = 4
Trong phổ đồ có xuất hiện các tín hiệu đặc trưng sau:
- vân phổ O−H mạnh, rộng tại 3300 cm-1 → có nhóm -OH - vân phổ C−H của anken hoặc vòng thơm tại 3050 cm-1
- vân phổ C=C nhọn, nhiều đỉnh tại khoảng 1450 - 1600 cm-1 → có vòng thơm
76
- vân phổ C−H của ankan cường độ yếu tại khoảng 2800 - 3000 cm-1 → có ít liên kết C−H của ankan do có vòng thơm
- vân phổ tương đối mạnh ở 830 cm-1 → vòng thơm có nhánh ở vị trí para CTCT:
Câu 10. Hãy xác định công thức cấu tạo thu gọn của hợp chất có công thức phân tử C8H14O biết phổ IR của nó như sau:
Hướng dẫn:
CTPT: C8H14O
Độ bất bão hoà k = 2 → không có vòng thơm
Trong phổ đồ có xuất hiện các tín hiệu đặc trưng sau:
- vân phổ C−H của anken 3050 cm-1
- vân phổ C=C tại 1650 cm-1 , không có vân phổ C=C nhọn, nhiều đỉnh tại khoảng 1450 - 1600 cm-1 → không có vòng thơm, có C=C anken
- vân phổ C−H của ankan cường độ yếu tại khoảng 2800 - 3000 cm-1
- không có vân phổ C−H aldehyde tại 2720 cm-1 và 2820 cm-1→ không có aldehyde
- vân phổ C=O tại 1690 cm-1 → có C=O ketone nhưng thấp hơn vị trí thông thường ( 1720), chứng tỏ có liên kết liên hợp giữa C=O với C=C
- ở vùng bending có vân phổ ở 920 cm-1 và 980 cm-1 → anken đứng đầu mạch R−CH=CH2
77
CTCT 2 chất có thể là: