Chương i + II xác ĐỊNH cấu TRÚC các hợp CHẤT hữu cơ BẰNG các PHƯƠNG PHÁP PHỔ

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (457.14 KB, 31 trang )

XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC CÁC HỢP CHẤT
HỮU CƠ BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHỔ
(Spectrometric Identification of Organic
Chemistry)
GV: TS. Hoàng Thị Kim Dung
CHƯƠNG I: ĐẠI CƯƠNG VỀ PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ
CHƯƠNG II: PHỔ TỬ NGOẠI – KHẢ KIẾN
CHƯƠNG VI: CÁC BÀI TẬP TỔNG HỢP PHỔ IR VÀ NMR
CHƯƠNG IV: PHỔ HỒNG NGOẠI
(IR-INFRARED SPECTROSCOPY)
CHƯƠNG V: PHỔ CỘNG HƯỞNG TỪ HẠT NHÂN
(NMR-NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE)
CHƯƠNG III: PHỔ KHỐI LƯỢNG
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Nguyễn Hữu Đĩnh, Trần Thị Đà (1999), Ứng dụng một số phương
pháp phổ nghiên cứu cấu trúc phân tử, NXB Giáo dục.
2.Nguyễn Kim Phi Phụng (2005), Phổ NMR sử dụng trong phân tích
hữu cơ- Lý thuyết- Bài tập- Bài giải, NXB ĐH Quốc Gia TP. HCM.
3. Phạm Luận, Phương pháp phân tích phổ nguyên tử, NXB D9H
Quốc gia Hà Nội.
4. Robert M. Silverstein, Francis X. Webster (2005), Spectrometric
Identification of Organic Compounds, John Wiley & Sons, Sixth
Edition.
5. James. V. Cooper (1980), Spectroscopic Techniques for Organic
Chemist, John Wiley & Sons.
6. John McMurry (2004), Organic Chemistry, Physical Sciences,
Seventh Edition.
4
Mass spectrometry (MS)
Trọng lượng phân tử, Công thức phân tử
Infrared spectroscopy (IR)

Nhóm định chức
Nuclear magnetic resonance
(NMR)
Khung C/H của phân tử
Ultraviolet and Visible Spectra (UV-Vis)
Kim loại chuyển tiếp, hợp chất hữu cơ
PHƯƠNG PHÁP PHỔ
CHƯƠNG I
ĐẠI CƯƠNG VỀ PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ
Phân tích quang phổ: các phương pháp phân tích
quang học dựa trên cơ sở ứng dụng những tính chất
quang học của nguyên tử, Ion, phân tử và nhóm phân
tử.
Ví dụ: tính chất phát xạ hay hấp thụ quang của
nguyên tử, tính chất hấp thụ quang của phân tử, v.v
PHÂN CHIA THEO ĐẶC TRƯNG CỦA PHỔ
1. Phương pháp phân tích phổ nguyên tử:
a) Phổ phát xạ nguyên tử (AES)
b) Phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)
c) Phổ huỳnh quang nguyên tử
Phổ do sự chuyển mức năng lượng của các điện tử hóa
trị của nguyên tử ở trạng thái khí (hơi) tự do, khi bị
kích thích mà sinh ra.
2. Phương pháp phân tích phổ phân tử:
a) Phổ hấp thụ phân tử trong vùng UV-VIS
b) Phổ hồng ngoại (IR và NIR)
c) Phổ tán xạ Raman
Phổ này được quyết định bởi các điện tử hóa trị của
nguyên tử ở trong phân tử (điện tử hóa trị nằm trong
liên kết hay một cặp còn tự do) chuyển mức năng

lượng khi bị kích thích.
Phổ Rơn-ghen (tia X):
+ Phổ phát xạ tia X
+ Phổ huỳnh quang tia X
+ Phổ nhiễu xạ tia X
Phổ cộng hưởng từ:
a) Cộng hưởng từ điện tử (ERMS).
b) Cộng hưởng từ proton (hạt nhân: NRMS))
Phương pháp phân tích khối phổ: quyết định bởi
khối lượng của các Ion phân tử hay các mảnh Ion của
chất phân tích bị cắt ra (tỉ số m/z).
PHÂN CHIA PHỔ THEO ĐỘ DÀI SÓNG
STT Tên vùng phổ Độ dài sóng
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Tia gama (γ)
Tia X
Tử ngoại
Khả kiến
Hồng ngoại
Sóng ngắn
Sóng Rađa

Sóng cực ngắn
Tivi – FM
Sóng rađio
< 0,1 nm
0,1 – 5 nm
80 – 400 nm
400 – 800 nm
1 – 400 µm
400 – 1000 µm
0,1 – 1 cm
0,1 – 50 cm
1 – 10 m
10 – 1500 m
vùng 3 đến 5 là vùng quang phổ học, xuất hiện do sự
chuyển mức năng lượng của các điện tử hóa trị của
nguyên tử và phân tử khi bị kích thích.
Trong quang phổ học: ánh sáng nhìn thấy, tia hồng
ngoại, tia tử ngoại, tia rơnghen… chỉ bằng thuật ngữ là
bức xạ điện từ, khác nhau về độ dài sóng (bước sóng).
Cơ sở của phương pháp phổ: quá trình tương tác của
các bức xạ điện từ đối với các phân tử vật chất. Khi
tương tác với các bức xạ điện từ, các phân tử có cấu trúc
khác nhau sẽ hấp thụ và phát xạ năng lượng khác nhau.
Kết quả của sự hấp thụ và phát xạ năng lượng này
chính là phổ, từ phổ chúng ta có thể xác định ngược lại
cấu trúc phân tử.
Bức xạ điện từ: đặc trưng bằng các đại lượng bước
sóng, tần số, số sóng, năng lượng.
VD: hồng ngoại (µm), tử ngoại (nm),…
Bước sóng (Wavelength,

λ
): là quãng đường bức xạ đi
được sau một dao động đầy đủ, đo bằng đơn vị là m, cm,
mm, µm, nm.
Tần số (Frequency,
ν
): là số dao động trong một đơn vị
thời gian (giây), được đo bởi Hz.
(Độ dài sóng hay bước sóng)
(Biên độ)

Số sóng (Wavenumber): là số dao động trong một
đơn vị độ dài (cm), có thứ nguyên là cm
-1


Năng lượng của bức xạ:
ε = hν
(h: hằng số Planck, h = 6,63.10
-34
(J.s); ν: tần số (Hz)
(*)→Bước sóng (
λ
) càng ngắn (tần số càng lớn) thì năng lượng (E)
càng cao và ngược lại.
c: vận tốc ánh sáng trong chân không, c = 3.10
8
m/s)
→
(*)

CHƯƠNG II: PHỔ TỬ NGOẠI – KHẢ KIẾN
HỆ THỐNG MÁY QUANG PHỔ TỬ NGOẠI
KHẢ KIẾN
Khi phân tử hấp thu bức xạ tử ngoại hoặc khả kiến thì
những electron hóa trị của nó bị kích thích và chuyển
từ trạng thái cơ bản lên trạng thái kích thích, phổ thu
được gọi là phổ tử ngoại – khả kiến (UV-Vis).
Phương pháp phổ tử ngoại – khả kiến (UV-Vis) nghiên
cứu mối quan hệ giữa cấu trúc phân tử và sự hấp thụ
bức xạ mối quan hệ giữa cấu trúc và màu sắc
của các chất.
SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MÁY UV-Vis:
Nguồn
bức xạ
Mẫu
Bộ phận tán
sắc
khe Đầu dò
Độ hấp thu A = lg(I
o
/I) = ɛlC
A: độ hấp thu (mật độ quang)
I: cường độ chùm sáng đi qua dung dịch
I
o
: cường độ chùm sáng đi qua dung môi
C: nồng độ chất tan (mol/l)
l: bề dày cuvet đựng mẫu (cm)
ɛ: hệ số hấp thụ mol đặc trưng cho cường độ hấp thu
của chất nghiên cứu ở bước sóng đã cho.

Phổ UV: đường cong sự phụ thuộc của độ hấp thu A
vào bước sóng (λ) hay số sóng (ν)
Dung môi đo phổ UV: không hấp thụ bước sóng ở
vùng cần đo, độ tinh khiết cao.
Thường: MeOH, EtOH, H
2
O, n-hexan, cyclohexan
SỰ HẤP THU BỨC XẠ CỦA CÁC HỢP CHẤT
HỮU CƠ
Thuyết cổ điển O.Vit (1876): màu sắc do một số nhóm
nguyên tử gọi là nhóm mang màu (chromophore) gây
nên.
Nhóm mang màu: -N=O, -NO
2
, -N=N-, >C=O, >C=C<
Nhóm trợ màu: SH, NH
2
, OH,…
SỰ HẤP THU BỨC XẠ CỦA CÁC HỢP CHẤT
HỮU CƠ
Thuyết hiện tại:
Nhóm mang màu: nhóm nguyên tử có chứa electron
hấp thụ bức xạ.
Nhóm trợ màu: nhóm thế khi gắn với nhóm mang màu
làm chuyển dịch cực đại hấp thu về phía bước sóng dài
hơn (chuyển dịch đỏ), nhóm trợ màu gây ảnh hưởng
đến nhóm mang màu nhờ hiệu ứng liên hợp.

Nhóm định chứcNuclear magnetic resonance ( NMR ) Khung C / H của phân tửUltraviolet and Visible Spectra ( UV-Vis ) Kim loại chuyển tiếp, hợp chất hữu cơPHƯƠNG PHÁP PHỔCHƯƠNG IĐẠI CƯƠNG VỀ PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔPhân tích quang phổ : những phương pháp phân tíchquang học dựa trên cơ sở ứng dụng những tính chấtquang học của nguyên tử, Ion, phân tử và nhóm phântử. Ví dụ : đặc thù phát xạ hay hấp thụ quang củanguyên tử, đặc thù hấp thụ quang của phân tử, v.v PHÂN CHIA THEO ĐẶC TRƯNG CỦA PHỔ1. Phương pháp nghiên cứu và phân tích phổ nguyên tử : a ) Phổ phát xạ nguyên tử ( AES ) b ) Phổ hấp thụ nguyên tử ( AAS ) c ) Phổ huỳnh quang nguyên tửPhổ do sự chuyển mức nguồn năng lượng của những điện tử hóatrị của nguyên tử ở trạng thái khí ( hơi ) tự do, khi bịkích thích mà sinh ra. 2. Phương pháp nghiên cứu và phân tích phổ phân tử : a ) Phổ hấp thụ phân tử trong vùng UV-VISb ) Phổ hồng ngoại ( IR và NIR ) c ) Phổ tán xạ RamanPhổ này được quyết định hành động bởi những điện tử hóa trị củanguyên tử ở trong phân tử ( điện tử hóa trị nằm trongliên kết hay một cặp còn tự do ) chuyển mức nănglượng khi bị kích thích. Phổ Rơn-ghen ( tia X ) : + Phổ phát xạ tia X + Phổ huỳnh quang tia X + Phổ nhiễu xạ tia XPhổ cộng hưởng từ : a ) Cộng hưởng từ điện tử ( ERMS ). b ) Cộng hưởng từ proton ( hạt nhân : NRMS ) ) Phương pháp nghiên cứu và phân tích khối phổ : quyết định hành động bởikhối lượng của những Ion phân tử hay những mảnh Ion củachất nghiên cứu và phân tích bị cắt ra ( tỉ số m / z ). PHÂN CHIA PHỔ THEO ĐỘ DÀI SÓNGSTT Tên vùng phổ Độ dài sóng10Tia gama ( γ ) Tia XTử ngoạiKhả kiếnHồng ngoạiSóng ngắnSóng RađaSóng cực ngắnTivi – FMSóng rađio < 0,1 nm0, 1 - 5 nm80 - 400 nm400 - 800 nm1 - 400 µm400 - 1000 µm0, 1 - 1 cm0, 1 - 50 cm1 - 10 m10 - 1500 mvùng 3 đến 5 là vùng quang phổ học, Open do sựchuyển mức nguồn năng lượng của những điện tử hóa trị củanguyên tử và phân tử khi bị kích thích. Trong quang phổ học : ánh sáng nhìn thấy, tia hồngngoại, tia tử ngoại, tia rơnghen … chỉ bằng thuật ngữ làbức xạ điện từ, khác nhau về độ dài sóng ( bước sóng ). Cơ sở của phương pháp phổ : quy trình tương tác củacác bức xạ điện từ so với những phân tử vật chất. Khitương tác với những bức xạ điện từ, những phân tử có cấu trúckhác nhau sẽ hấp thụ và phát xạ nguồn năng lượng khác nhau. Kết quả của sự hấp thụ và phát xạ nguồn năng lượng nàychính là phổ, từ phổ tất cả chúng ta hoàn toàn có thể xác lập ngược lạicấu trúc phân tử. Bức xạ điện từ : đặc trưng bằng những đại lượng bướcsóng, tần số, số sóng, nguồn năng lượng. VD : hồng ngoại ( µm ), tử ngoại ( nm ), … Bước sóng ( Wavelength, ) : là quãng đường bức xạ điđược sau một giao động rất đầy đủ, đo bằng đơn vị chức năng là m, cm, mm, µm, nm. Tần số ( Frequency, ) : là số xê dịch trong một đơn vịthời gian ( giây ), được đo bởi Hz. ( Độ dài sóng hay bước sóng ) ( Biên độ ) Số sóng ( Wavenumber ) : là số xê dịch trong mộtđơn vị độ dài ( cm ), có thứ nguyên là cm-1Năng lượng của bức xạ : ε = hν ( h : hằng số Planck, h = 6,63. 10-34 ( J.s ) ; ν : tần số ( Hz ) ( * ) → Bước sóng ( ) càng ngắn ( tần số càng lớn ) thì nguồn năng lượng ( E ) càng cao và ngược lại. c : tốc độ ánh sáng trong chân không, c = 3.10 m / s ) ( * ) CHƯƠNG II : PHỔ TỬ NGOẠI – KHẢ KIẾNHỆ THỐNG MÁY QUANG PHỔ TỬ NGOẠIKHẢ KIẾNKhi phân tử hấp thu bức xạ tử ngoại hoặc khả kiến thìnhững electron hóa trị của nó bị kích thích và chuyểntừ trạng thái cơ bản lên trạng thái kích thích, phổ thuđược gọi là phổ tử ngoại – khả kiến ( UV-Vis ). Phương pháp phổ tử ngoại – khả kiến ( UV-Vis ) nghiêncứu mối quan hệ giữa cấu trúc phân tử và sự hấp thụbức xạ mối quan hệ giữa cấu trúc và màu sắccủa những chất. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MÁY UV-Vis : Nguồnbức xạMẫuBộ phận tánsắckhe Đầu dòĐộ hấp thu A = lg ( I / I ) = ɛlCA : độ hấp thu ( tỷ lệ quang ) I : cường độ chùm sáng đi qua dung dịch : cường độ chùm sáng đi qua dung môiC : nồng độ chất tan ( mol / l ) l : bề dày cuvet đựng mẫu ( cm ) ɛ : thông số hấp thụ mol đặc trưng cho cường độ hấp thucủa chất nghiên cứu ở bước sóng đã cho. Phổ UV : đường cong sự nhờ vào của độ hấp thu Avào bước sóng ( λ ) hay số sóng ( ν ) Dung môi đo phổ UV : không hấp thụ bước sóng ởvùng cần đo, độ tinh khiết cao. Thường : MeOH, EtOH, HO, n-hexan, cyclohexanSỰ HẤP THU BỨC XẠ CỦA CÁC HỢP CHẤTHỮU CƠThuyết cổ xưa O.Vit ( 1876 ) : sắc tố do một số nhómnguyên tử gọi là nhóm mang màu ( chromophore ) gâynên. Nhóm mang màu : - N = O, - NO, - N = N -, > C = O, > C = C

Source: https://mindovermetal.org
Category: Ứng dụng hay