13.4. Инфракрасный спектр

Из всех свойств органических соединений ИК-спектр дает наибольшую информацию о структуре соединения.

Молекула постоянно колеблется: ее связи растягиваются (и сокращаются) и, кроме того, изгибаются относительно друг друга. Изменения колебаний молекул вызываются поглощением в инфракрасной области, лежащей за пределами (более низкая частота, более длинные волны, меньшая энергия) красного конца видимого спектра.

Для указания положения полос поглощения в инфракрасной области используют длину волны или чаще частоту. Длину волны выражают в микронах . Частоту выражают не в герцах, а в

(кликните для просмотра скана)

волновых числах часто называемых обратными сантиметрами; волновое число — это число волн, укладывающихся в 1 см, и оно представляет собой величину, обратную длине волны в сантиметрах.

Как и масс-спектр, инфракрасный спектр обычно характерен для данного органического соединения (см., нанример, спектры на рис. 13.2), и его можно использовать как для установления идентичности двух соединений, так и для определения строения нового соединения.

Два вещества, имеющие одинаковые инфракрасные спектры, идентичны в тысячах различных физических свойств — поглощении света при тысячах различных частот — и совершенно определенно должны быть одним и тем же соединением. (Одну из областей инфракрасного спектра даже называют областью «отпечатков пальцев».)

Инфракрасный спектр помогает установить строение нового соединения; он дает информацию о том, какие группировки содержатся (или отсутствуют) в молекуле. Определенная группа атомов имеет характеристическую частоту поглощения, т. е. определенная группа поглощает свет определенной частоты, и эта частота не изменяется, в каком бы соединении эта группа ни находилась. Например, НО-группа спиртов поглощает при группа в кетонах — при группа при а -группа — при

Таблица 13.3 (см. скан) Характеристические частоты поглощения в инфракрасной области

Интерпретировать инфракрасный спектр не так просто. Отдельные полосы могут маскироваться в результате перекрывания с другими полосами. При частоте, вдвое большей частоты основной полосы, могут проявляться обертоны (гармоники). Полоса поглощения определенной группы может сдвинуться в результате влияния различных факторов: сопряжения, электронодонорного эффекта соседнего заместителя, углового напряжения или вандерваальсовых сил, водородной связи и вследствие этого может быть ошибочно определена как полоса совершенно иной группы. (С другой стороны, если знать, чем вызваны такие сдвиги, можно сделать определенный вывод о строении молекулы.)

Наши цели сейчас более скромны: научиться узнавать наиболее важные полосы поглощения, интерпретировать инфракрасные спектры и коррелировать их с другими данными. Мы будем использовать только незначительную часть информации, которую дает инфракрасный спектр и которую может получить из него квалифицированный химик, хорошо понимающий строение органических соединений.

В табл. 13.3 приведены характеристические частоты поглощения различных групп. Более подробно инфракрасные спектры углеводородов рассмотрены в разд. 13.17, а инфракрасные спектры других классов соединений — в следующих главах.