ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТРУКТУРЫ ОРГАНИЧЕСКОГО СОЕДИНЕНИЯ

Установление строения вновь синтезированного или выделенного из природных источников соединения представляет серьезную экспериментальную и логическую задачу. Некоторая информация может быть получена, исходя из метода синтеза соединения, его химических реакций, приводящих к известным соединениям, с помощью качественных реакций и тестов на наличие функциональных групп. В последние десятилетия исследователи все шире используют спектроскопические методы, особенно И К- и ЯМР-спектроскопию.

УФ-Спектроскопия в некоторых случаях может быть использована Для получения информации о наличии в молекуле двойных связей и их числе в цепи сопряжения. Масс-спектрометрия позволяет определить модулярную массу и дает некоторую информацию о фрагментах молекулы.

Ниже дается анализ типичного набора данных о неизвестном веществе

Информация о неизвестном веществе

Качественный состав: углерод, водород, кислород.

Молекулярная масса: 60 а. е. м.

ИК-Спектр

Спектр ЯМР (6, м.д.):3,5 (квартет 2Н), 3,0 (синглет 3Н), 1,0 (триплет ).

Интерпретация ИК-спектра

Прежде всего необходимо сделать отнесение полос ИК-спектра, чтобы выявить имеющиеся в молекуле функциональные группы: алкильных групп; - простой или сложный эфир. Поскольку в спектре отсутствуют полосы групп (около ) и мы можем исключить из рассмотрения сложные эфиры, спирты, кетоны и альдегиды. Можно сделать вывод, что неизвестное соединение является простым эфиром.

Интерпретация спектра ЯМР

Данные спектроскопии ЯМР помогут выявите углеводородные фрагменты молекулы. Сигнал при 3,0 м. д. соответствует метильной группе, по соседству с которой нет других атомов водорода, поскольку интенсивность сигнала соответствует трем атомам водорода, а по форме сигнал представляет собой синглет. Квартет должен соответствовать группе рядом с которой имеется три других атома водорода, а триплет следует отнести к группе соседствующей с двумя атомами водорода.

Установление строения вещества

После анализа спектральной информации необходимо творчески осмыслить полученные данные. В некоторых случаях может быть полезен метод проб и ошибок: можно изобразить несколько структурных формул, а затем исправлять их. В обсуждаемом примере удобнее всего начать с перечисления элементов структуры, которые мы уже выявили: (рядом нет атомов водорода); (два атома водорода на соседнем углеродном атоме); (три атома водорода на соседнем углеродном атоме). Из этого перечня легко видеть, что группы должны быть соединены между собой, образуя этильную группу Поскольку молекула простого эфира содержит две алкильные группы, легко прийти к выводу, что одна из них этильная, а другая метильная. Таким образом, мы установили строение соединения:

Нетрудно убедиться, что все имеющиеся данные действительно соответствуют предложенной структуре. Окончательным доказательством явилось бы полное совпадение ИК-спектров образца заведомого метил-этилового эфира и изучаемого соединения.

СВОДКА ОСНОВНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ ГЛ. 11

1. Электромагнитное излучение можно рассматривать как распространение электромагнитных волн в пространстве. Разные области спектра характеризуются различными значениями длины волны, частоты и энергии. Излучение можно также рассматривать как поток частиц - фотонов, несущих световую энергию,

2. Вещества, молекулы которых включают полярные ковалентные связи, поглощают инфракрасное (ИК) излучение, частота которого совпадает с собственной частотой колебаний атомов в молекуле.

3. Различные функциональные группы поглощают в различных областях спектра. ИК-Спектр представляет собой график зависимости интенсивности поглощения от волнового числа. Зная длины волн излучения, поглощаемого различными функциональными группами, химик с помощью ИК-спектра может определить, какие из них имеются в молекуле изучаемого вещества. ИК-Спектр любого вещества индивидуален, что позволяет отождествлять вещества, используя ИК-спектр как «отпечатки пальцев».

4. Ядра атомов водорода во внешнем магнитном поле могут находиться в одном из двух спиновых состояний. Поглощение радиочастотного электромагнитного излучения вызывает переход в спиновое состояние с более высокой энергией. Разница в электронном окружении приводит к тому, что различные атомы водорода в молекуле поглощают электромагнитное излучение различной частоты. Графическое изображение интенсивности поглощения от частоты образует спектр ядерного магнитного резонанса (ЯМР).

5. С помощью спектров ЯМР можно определить число типов атомов водорода в молекуле (оно равно числу сигналов в спектре) и относительное количество атомов водорода каждого типа (площадь сигнала пропорциональна числу атомов водорода). Форма (мультиштетность) сигнала содержит информацию о числе атомов водорода при соседнем углеродном атоме. Таким образом, данные спектроскопии ЯМР дают возможность определить строение тех частей молекулы, в которых имеются атомы водорода, в первую очередь, алкильных групп.

6. Вещества, молекулы которых содержат двойные связи, поглощают ультрафиолетовое (УФ) излучение. Чем большее число двойных связей включено в цепь сопряжения, тем больше длина волны поглощаемого света. Зная положение максимума полосы поглощения, можно определить число сопряженных двойных связей.

7. Масс спектрометрия используется для определения молекулярной массы вещества. Масс-спектры также содержат информацию об осколках молекулы, образовавшихся в результате фрагментации.

8. Комплексное использование различных видов спектро скопии позволяет определить строение веществ и устанавливать идентичность соединений.

Ключевые слова

(см. скан)

ВОПРОСЫ ДНЯ РАЗВИТИЯ НАВЫКОВ

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОВТОРЕНИЯ

(см. скан)