Слайд 2
Современные методы установления строения органических соединений
Слайд 3
Аналитические методы
Качественный и количественный элементный анализ
Определение молекулярной массы
Слайд 4
Аналитические методы
Позволяют исследовать параметры химического строения органических соединений:
последовательность и кратность химических связей, координационное число атомов,
взаимное влияние атомов и групп атомов в молекуле, внутреннее вращение молекул и прочие перемещения с большими амплитудами, энергетические, электрические и другие молекулярные характеристики
Слайд 5
Аналитические методы
наиболее важные по практическому значению для определения
строения органических соединений методы анализа:
масс-спектрометрия
инфракрасная спектроскопия
спектроскопия ЯМР
электронная
спектроскопия
Слайд 6
Спектральные методы
Спектроскопическими методами анализа называются методы, основанные на
взаимодействии вещества с электромагнитным излучением
Слайд 8
Электронная спектроскопия
Можно судить о структуре электронных оболочек
органических молекул
Слайд 10
Электронная спектроскопия
Поглощение веществом электромагнитных колебаний в ультрафиолетовой
(180-400 нм) и видимой (400-700 нм) области обусловлено переходом
электронов со связывающих орбиталей на разрыхляющие (возбуждение молекулы)
Слайд 12
Электронная спектроскопия
Практическое значение имеют переходы π→π* и
n→π*
Группировки, вызывающие избирательное поглощение электромагнитного колебания в видимой и
ультрафиолетовой части спектра, называются хромофорами
Слайд 14
Спектр поглощения циклопентадиена
Слайд 15
Электронная спектроскопия
Для качественного анализа и идентификации
Роль «паспорта
вещества»
Слайд 16
Электронная спектроскопия
Введение в молекулу различных заместителей или изменение
внешних условий (растворителя) обычно вызывает перемещение полосы поглощения
Слайд 19
Электронная спектроскопия
Возможность для количественного анализа веществ
Слайд 20
Электронная спектроскопия
Установление строения органических веществ?
Мало пригоден
Слайд 21
Инфракрасная спектроскопия
Метод функционального анализа (определение функциональных групп)
Слайд 22
Инфракрасная спектроскопия
Изучает переходы между колебательными энергетическими состояниями, которые
связаны с колебаниями атомных ядер относительно равновесных положений и
определяются строением молекулы
Слайд 24
Инфракрасная спектроскопия
Основные типы колебаний:
Валентные
Деформационные
Слайд 26
Деформационные колебания
а – ножничное, b – веерное,
c – крутильное, d - маятниковое
Слайд 27
Инфракрасная спектроскопия
При поглощении инфракрасного излучения возбуждаются только те
колебания, которые связаны с изменением дипольного момента молекулы
Все колебания,
в процессе которых дипольный момент не изменяется, в ИК-спектрах не проявляются
Слайд 29
Инфракрасная спектроскопия
Число и частоты полос зависят:
от числа образующих
молекулу атомов
масс атомных ядер
строения и симметрии равновесной ядерной конфигурации
от
внутримолекулярных сил
Слайд 30
Инфракрасная спектроскопия
Распределение интенсивности
в спектре определяется:
электрическим дипольным
моментом (μ)
поляризуемостью (α)
изменением μ и α в процессе
колебаний
Слайд 31
Инфракрасная спектроскопия
Идентификация соединений
Определение симметрии молекул
Наличие функциональных групп
Сведения
о внутримолекулярных силах
Межмолекулярные взаимодействия
Слайд 33
Инфракрасная спектроскопия
Для расшифровки ИК спектра необходимо идентифицировать основные
полосы поглощения
Значения волновых чисел для различных групп находят в
корреляционных диаграммах и таблицах характеристических частот
Слайд 36
Инфракрасная спектроскопия
Определение функциональных групп в органических соединениях
Слайд 37
Спектроскопия ЯМР
Самый информативный метод в определении структуры органических
соединений
Слайд 39
Спектроскопия ЯМР
Молекулярную структуру
Динамику молекул
Межмолекулярные взаимодействия
Механизмы химических реакций
Количественный
анализ веществ в различных агрегатных состояниях
Слайд 40
Спектроскопия ЯМР
Структуру промежуточных продуктов химической реакции: ионов, радикалов,
ион-радикалов и др.
Количественный анализ сложных смесей: продуктов реакции,
стереоизомеров, таутомеров и др.
Слайд 41
Спектроскопия ЯМР
Магнитными свойствами всегда обладают ядра с массой,
выражаемой нечетным числом: 1Н, 13С, 15N, 17О, 19F, 31Р
и т. д.
Слайд 42
Спектроскопия ЯМР
Ядро 1Н имеет самый высокий магнитный момент
среди всех других ядер (естественное содержание 1Н в природе
составляет почти 100 %)
Слайд 43
Спектроскопия ЯМР
Метод ЯМР 13С (содержание изотопа 13С в
природном углероде составляет 1,1% - для записи спектра необходимо
проводить накопление сигнала, что требует дополнительного времени
Слайд 45
Спектроскопия ЯМР
Помещают образец одновременно в два магнитных поля
– одно постоянное, а другое – радиочастотное
Слайд 47
Спектроскопия ЯМР
Сигналы ЯМР отражают влияние целого ряда слабых
взаимодействий между ядрами и электронами внутри молекулы, между различными
ядрами одной молекулы и между ядрами соседних молекул
Слайд 48
Спектроскопия ЯМР
Для каждого типа неэквивалентных атомов (с магнитными
свойствами) имеется свой сигнал
Слайд 49
ЯМР-спектр
Зависимость поглощенной энергии от частоты и представляет собой
ЯМР-спектр
Слайд 51
Спектроскопия ЯМР
Важнейшие характеристики :
Химический сдвиг (определяемый по
центру мультиплета)
δ = (Δν/νο)·106 = (ΔН/Нo)·106,
где Δν (или ΔН)
– расстояние от резонансной линии до эталонной линии спектра (ТМС), измеренное в Гц
Слайд 52
Химический сдвиг
Химические сдвиги ЯМР обусловлены электронным экранированием ядер,
а величина химического сдвига зависит от наличия тех или
иных заместителей
Слайд 54
Химический сдвиг
Хлороформ (СНCl3) 7,27 м.д.
Метиленхлорид (CH2Cl2)
5,3
м.д.
Метилхлорид (CH3Cl) 3,1 м.д.
Бензол (C6H6) 7,27 м.д.
Слайд 55
Химический сдвиг
Зависит от внешних факторов: растворителя, концентрации и
температуры образца (для функциональных групп, содержащих гетероатомы NH, OH,
SH и др.)
Слайд 56
Спектроскопия ЯМР
Важнейшие характеристики :
Мультиплетность сигнала, связанная с
числом взаимодействующих ядер и их спинами
Слайд 57
Мультиплетность
Йодистый этил СН3СН2I
Слайд 60
Спектроскопия ЯМР
Важнейшие характеристики :
Константы спин-спинового взаимодействия ядер
Слайд 61
Константы спин-спинового взаимодействия ядер
Слайд 62
Спектроскопия ЯМР
Важнейшие характеристики :
Интегральная интенсивность сигналов (мультиплетов),
отношение интенсивностей компонент мультиплета
Слайд 64
Спектроскопия ЯМР
Самый информативный метод в определении структуры органических
соединений
Слайд 65
Новые методики ЯМР
Двумерная спектроскопия ЯМР
Информация может быть
представлена как функция двух переменных
Позволяет достигнуть достаточно хорошего
разрешения в сложных спектрах
Слайд 68
Метод масс-спектрометрии
Деструктивный метод (при проведении анализа образец
разлагается и исследуются его фрагменты)
Слайд 70
Метод масс-спектрометрии
Разрушение молекулы под действием электронного удара
или химической ионизации
Процесс регистрации отношения массы к заряду образующихся
осколков
Слайд 71
Схема формирования масс-спектра
Слайд 72
Метод масс-спектрометрии
Определение молекулярной массы
Брутто-формулы соединения по картине спектра
в области М+
Принадлежность к тем или иным классам
органических веществ
Выявление отдельных фрагментов структуры по сериям молекулярного и главных осколочных ионов
Слайд 73
Графическая форма представления масс-спектра
Слайд 74
Цифровая форма масс-спектра
Отношение m/z (в скобках -интенсивности):
72(6),
71(2), 58(2), 57(54), 56(17), 55(5), 53(2), 44(3), 43(100), 42(86),
41(67), 40(4), 39(21), 29(46)
Слайд 77
Совокупность физико-химических методов анализа дает исчерпывающее доказательство структуры
органического вещества или указание ограниченного числа изомеров