Giải Phổ IR,NMR

(1)

Giải Phổ IR - NMR

Phổ hồng ngoại (FT-IR) và phổ cộng hưởng từ hạt nhân (1H-NMR, 13C-NMR) được coi là 2 công cụ cơ bản nhất để thực hiện phép xác định cấu trúc các hợp chất hữu cơ.

Các bước thực hiện việc giải 1 bài tập về phổ với công thức tổng quát cho trước.

BƯỚC 1. Tính ĐỘ KHÔNG BÃO HÒA (degree of unsaturation - DU) từ trong công thức tổng quát để xem trong phân tử có bao nhiêu vòng, bao nhiêu liên kết đôi.

Giả sử ta có 1 công thức là CnHmXi

- Nếu X là Halogens thì coi nó là H => CnHm+i - Nếu X là O, S thì bỏ => CnHm

- Nếu X là N thì trừ đi H tương ứng => CnHm-i

DU= n - m/2 + 1 VD: C5H10O => DU= 5-10/2+1=1

C8H11N => DU=8-10/2+1 = 4 NẾU:

DU = 1 có thể có 1 liên kết đôi hoặc vòng

DU = 2 có thể có 2 liên kết đôi, 2 vòng, 1 liên kết ba hoặc 1 liên kết đôi + 1 vòng

DU = 3 có thể có 3 liên kết đôi, 3 vòng, 1 liên kết đôi + 2 vòng, 2 liên kết đôi + 1 vòng, 1 liên kết ba + 1 liên kết đôi hoặc 1 liên kết ba + 1 vòng

DU = 4 nghĩ ngay tới vòng benzen

DU = 5 có thể là vòng benzen + 1 liên kết đôi hoặc vòng benzen + 1 vòng

DU = 6 có thể là vòng benzen + 2 liên kết đôi hoặc 2 vòng hoặc 1 liên kết ba hoặc 1 liên kết đôi + 1 vòng. BƯỚC 2. Nhìn vào phổ IR tại vùng số sóng lớn hơn 1500cm-1

Kết hợp các dữ kiện có từ công thức tổng quát, DU và phổ IR: nếu Nếu có 1 liên kết đôi và nguyên tố O có thể nghĩ tới nhóm carbonyl Nếu không có liên kết đôi mà lại có O thì có thể nghĩ tới ether hoặc rượu BƯỚC 3. Sử dụng phổ NMR để xác định các liên kết trong phân tử

Từ các nhóm chức xác định từ B2, viết cấu trúc phân tử và dựa vào phổ NMR đánh giá xem công thức đã hợp lý chưa. BƯỚC 4. Kiểm tra số O, C, H, Hal, ... xem đã phù hợp với công thức tổng quát chưa.

Kiểm tra hóa trị các nguyên tố xem phù hợp chưa

Nếu chưa đúng, viết cấu trúc phân tử khác và kiểm tra lại

Tần số dao động đặc trưng của phổ IR

(2)

Carbon-Hydrogen Stretching

sp3_{C-H, just below 3000 cm}-1_{(to the right)}

sp2 _{C-H, just above 3000 cm}-1_{(to the left)}

(3)

O-H and N-H Stretching

đều có hấp thụ tại ~3300cm-1_{nhưng hình dạng phổ lại rất khác nhau: O-H peak rộng và tù còn N-H thì peak rộng nhưng nhọn}

Carbonyl Stretching ketones, aldehydes, and carboxylic acids absorb around 1710 cm-1 để phân biệt ta chú ý các đặc điểm sau:

- Nếu là Aldehydes sẽ có 2 peak đặc trưng cho liên kết C-H ở khoảng 2700 và 2800 cm-1 - Nếu là carboxylic acids thì vì có nhóm OH nên nó sẽ có peak giống rượu ở ~3300cm-1

(4)

Variations in C=O Absorption

Conjugation of C=O with C=C lowers the stretching frequency to ~1680 cm-1_. The C=O group of an amide absorbs at an even lower frequency, 1640-1680 cm-1_. The C=O of an ester absorbs at a higher frequency, ~1730-1740 cm-1_.

Carbonyl groups in small rings (5 C’s or less) absorb at an even higher frequency Carbon - Nitrogen Stretching

C - N absorbs around 1200 cm-1_.

C = N absorbs around 1660 cm-1_{and is much stronger than the C = C absorption in the same region.}

(5)

Tham khảo B ả ng t ầ n s ố dao đ ộ ng đ ặ c tr ư ng trong ph ổ IR

Một số đặc trưng 1H-NMR

Phổ 1H-NMR là một kỹ thuật sử dụng để xác định cấu trúc hóa học của hợp chất hữu cơ. Phổ proton cho ta

biết được số loại proton có trong phân tử . Mỗi loại proton đó sẽ có tính chất khác nhau vì thế sẽ có độ dịch chuyển

khác nhau trên phổ proton. Người ta sử dụng TMS ( tetra methyl silan ) làm chất chuẩn trong phổ proton và độ dịch

chuyển hóa học của proton trong TMS được chọn là 0 pmm

Sự tương tác của các proton (H) xung quanh sẽ gây ra sự tách vạch theo quy tắc (n+1):

1.singlet

2.doublet

3.triplet

4.quartet

5.pentet

6.sextet

7.septet

8.octet...

độ dịch chuyển hóa học (chemical shift) của Hydrogen phổ NMR

0,9ppm: RCH

3

1° aliphatic

1,3ppm: R

2

CH

2

2° aliphatic

1,5ppm: R

3

CH 3° aliphatic

(6)

3,7 - 4,1 ppm: nhóm tại vị trí này liên kết với nhóm oxygen

9 - 10 ppm: nhóm aldehyde

6,5 - 8,5 ppm: Aromatic

2,2 - 3 ppm: H của nhóm gắn vào Aromatic

10 - 13,2 ppm: acid

0,5 - 3 ppm: amin aliphatic 3 - 5 ppm: amin Aromatic

4 - 4,4ppm: H của nhón gắn với NO2

(7)

Alkyl Halides

Tham khảo B Ả NG đ ặ c tr ư ng đ ộ chuy ể n d ị ch hóa h ọ c c ủ a H trên ph ổ NMR

Phổ 13c-nmr

Nếu như phổ

1

_{H-NMR cho các tín hiệu của các loại H thì 13C-NMR cho các tín hiệu của các loại C vì thế với các}

chất hữu cơ kết hợp 2 phổ này có thể xác định đc cấu trúc của hầu hết các chất.

Bảng tóm tắt độ dịch chuyển hóa học trong phổ

13

_C-NMR

(8)

Viết như trên khá khó hiểu nên tiếp dưới đây sẽ đi vào 1 số bài tập cụ thể. Tất nhiên đây chỉ là những bài tập khá đơn giản, coi như làm quen với Giải phổ còn đi sâu vào thì ng viết bài này cũng cảm thấy khó khăn và chưa đủ kinh nghiệm để lý giải... thanks to Smallrose

(9)

(10)

(11)