مطيافية الرنين النووي المغناطيسي وتحت الحمراء: دليل دراسة

الأفكار الأساسية

يقرأ الطيف بنية الجزيء من طريقة امتصاصه للإشعاع أو تفتته. يُظهر الطيف تحت الأحمر المجموعات الوظيفية الموجودة، ويُظهر الرنين النووي المغناطيسي بيئات الهيدروجين، ويعطي مطياف الكتلة الكتلة.

• IR: نطاق عريض عند 3200–3600 cm⁻¹ هو O–H، ونطاق قوي عند 1670–1760 cm⁻¹ هو C=O، و2200–2260 cm⁻¹ هو C≡N أو C≡C. وO–H عريض جداً عند 2500–3300 cm⁻¹ يدل على حمض كربوكسيلي.
• رنين ¹H: عدد الإشارات يساوي عدد بيئات الهيدروجين المختلفة. تنشطر الإشارة ذات n هيدروجيناً مجاوراً إلى n + 1 خطاً، ويعطي التكامل عدد الهيدروجينات.
• الإزاحات الكيميائية: C–H ألكيل نحو 1 ppm، وH–C–O نحو 3.5–4 ppm، وH عطري نحو 7 ppm، وH ألدهيد نحو 9–10 ppm، وO–H حمض نحو 10–12 ppm.
• طيف الكتلة: يعطي الأيون الجزيئي M⁺ الكتلة المولية. وبحسب قاعدة النيتروجين تعني M الفردية عدداً فردياً من النيتروجين، ويُظهر Cl أو Br قمتين M و M+2 بنسبة 3:1 و 1:1.

المعادلات الأساسية

• n + 1 rule
• IR: O–H 3200–3600, C=O 1670–1760, C≡N 2200–2260 cm⁻¹
• M⁺ = molecular mass
• N rule: odd M ⇔ odd number of N

مثال محلول

يُظهر إيثانوات الإيثيل CH₃COOCH₂CH₃ نطاق IR قوياً قرب 1740 cm⁻¹ (C=O إستر) ولا نطاق O–H. وله في رنين ¹H ثلاث إشارات: أحادية لـ CH₃CO عند نحو 2.0 ppm (3H)، ورباعية لـ OCH₂ عند نحو 4.1 ppm (2H)، وثلاثية لـ CH₃ عند نحو 1.2 ppm (3H).

أخطاء شائعة

• عدّ هيدروجينات على الكربون نفسه لكن ببيئات مختلفة متكافئة، أو العكس.
• تطبيق قاعدة n + 1 على هيدروجينات الكربون نفسه. المجاورات على كربونات متجاورة وحدها تشطر الإشارة.
• الخلط بين القمة الأساسية، وهي الأعلى، وقمة الأيون الجزيئي.

تدرّب

اختبر نفسك بأسئلة تدريبية في هذا الموضوع: مطيافية الرنين النووي المغناطيسي وتحت الحمراء