13.17. Спектральный анализ углеводородов. Инфракрасные спектры

В этом первом рассмотрении инфракрасных спектров будут показаны полосы поглощения, вызываемые колебаниями углерод-водородных и углерод-углеродных связей, — связей, которые постоянно проявляются во всех спектрах, поскольку все соединения наряду с различными функциональными группами содержат углерод и водород. На первый взгляд эти спектры покажутся сложными и запутанными. Необходимо научиться выбирать из множества полос те, которые наиболее характерны для определенных структурных особенностей.

Рассмотрим сначала различные типы колебаний и посмотрим, как положение полос, связанных с ними, изменяется с изменением структуры.

Полосы, вызываемые колебаниями углерод-углеродной связи, могут появиться приблизительно при для ароматических связей, при для двойных связей (сдвигаются к при сопряжении) и при для тройных связей. Однако эти полосы часто ненадежны. (Они могут исчезать совсем для совершенно симметричных замещенных алканов и алкенов, потому что колебания не вызывают изменения дипольного момента, который имеет значение для поглощения в инфракрасной области.) Чаще используются полосы, возникающие в результате различных колебаний углерод-водородных связей.

Поглощение, вызываемое колебаниями углерод-водородных связей и наблюдаемое в высокочастотном конце спектра, характеризует гибридизацию углерода, связанного с водородом: при для тетраэдрического углерода, при для тригонального углеродного атома (алкены и ароматические кольца) и при для дигонального углерода (алкины).

Поглощение, вызываемое различными типами углерод-водородной связи и наблюдаемое при более низких частотах, также может характеризовать структуру. Метальная и метиленовая группы поглощают примерно при для метальной группы имеется другая, очень характеристичная полоса при Характерно и изопропильное «расщепление»: дублет с равной интенсивностью двух пиков при (подтвержденное полосой при ) трет-бутильная группа дает несимметричный дублет: полоса при (интенсивная) и при (полоса средней интенсивности).

Деформационные колебания углерод-водородных связей в алкенах и ароматических кольцах происходят как в плоскости двойной связи или кольца, так и вне плоскости, и из них чаще используются последние. Для алкенов внеплоскостные деформационные колебания дают сильные полосы в области причем точное положение зависит от природы и числа заместителей и от стереохимии.

Для ароматических колец внеплоскостные колебания дают сильное поглощение в области причем точная частота зависит от числа и положения заместителей; для многих соединений поглощение наблюдается при следующих частотах:

Какую же информацию можно получить из инфракрасного спектра углеводорода? Для начала довольно легко можно определить, является ли соединение ароматическим или чисто алифатическим. Спектры на рис. 13.2 показывают характерное различие: поглощение алифатического соединения, наибольшее при более высоких частотах, существенно уменьшается ниже ароматическое поглощение сильно при низких частотах (внеплоскостные -колебания) между Кроме того, ароматическое кольцо дает -поглощение при часто наблюдается поглощение углерод-углеродных связей при и плоскостное -колебание в области

Алкены дают полосу валентного -колебания при и наиболее характеристичную сильную полосу внеплоскостного деформационного -колебания в области

Алкины с концевой тройной связью характеризуются колебанием которому соответствует интенсивная и четкая полоса при и колебанием связи при Дизамещенный алкин не дает полосы при и если заместители одинаковы, то может отсутствовать и полоса при .

Некоторые из этих характеристичных полос отмечены в спектрах на рис. 13.2.

(см. скан)