重要なポイント
分光法は、分子が放射線をどう吸収するか、どう断片化するかから構造を読み取る。赤外分光は官能基の有無を、NMR は水素の環境を、質量分析は質量を教える。
- IR: 3200〜3600 cm⁻¹ の幅広い吸収は O–H、1670〜1760 cm⁻¹ の強い吸収は C=O、2200〜2260 cm⁻¹ は C≡N または C≡C である。2500〜3300 cm⁻¹ の非常に幅広い O–H はカルボン酸を示す。
- ¹H NMR: シグナルの数は異なる水素環境の数に等しい。n 個の隣接水素をもつシグナルは n + 1 本に分裂し、積分値は水素の数を表す。
- 化学シフト: アルキルの C–H は約 1 ppm、H–C–O は約 3.5〜4 ppm、芳香族 H は約 7 ppm、アルデヒドの H は約 9〜10 ppm、カルボン酸の O–H は約 10〜12 ppm である。
- 質量スペクトル: 分子イオン M⁺ からモル質量がわかる。窒素則により、M が奇数なら窒素の数も奇数で、Cl や Br は M と M+2 のピークをそれぞれ 3:1、1:1 の比で示す。
主な式
n + 1 ruleIR: O–H 3200–3600, C=O 1670–1760, C≡N 2200–2260 cm⁻¹M⁺ = molecular massN rule: odd M ⇔ odd number of N
例題
エタン酸エチル CH₃COOCH₂CH₃ は、1740 cm⁻¹ 付近に強い IR 吸収(エステルの C=O)を示し、O–H 吸収はない。¹H NMR には 3 つのシグナルがある。約 2.0 ppm の CH₃CO の一重線(3H)、約 4.1 ppm の OCH₂ の四重線(2H)、約 1.2 ppm の CH₃ の三重線(3H)である。
よくある間違い
- 同じ炭素上の水素でも環境が異なるものを等価と数えること、またはその逆。
- n + 1 則を同じ炭素上の水素に適用すること。シグナルを分裂させるのは隣の炭素上の水素だけである。
- 最も高いピークであるベースピークを、分子イオンピークと混同すること。
練習
このトピックの練習問題で力試しをしましょう:NMR と IR 分光法