ЯМР- и ИК-спектроскопия: учебное руководство

Главные идеи

Спектроскопия считывает строение молекулы по тому, как она поглощает излучение или фрагментируется. ИК-спектр показывает, какие функциональные группы есть, ЯМР — окружение водородов, а масс-спектрометрия даёт массу.

• ИК: широкая полоса при 3200–3600 см⁻¹ — O–H, сильная полоса при 1670–1760 см⁻¹ — C=O, 2200–2260 см⁻¹ — C≡N или C≡C. Очень широкая O–H при 2500–3300 см⁻¹ указывает на карбоновую кислоту.
• Спектр ¹H ЯМР: число сигналов равно числу разных окружений водорода. Сигнал при n соседних водородах расщепляется на n + 1 линий, а интеграл даёт число водородов.
• Химические сдвиги: алкильный C–H около 1 м.д., H–C–O около 3,5–4 м.д., ароматический H около 7 м.д., альдегидный H около 9–10 м.д., O–H кислоты около 10–12 м.д.
• Масс-спектр: молекулярный ион M⁺ даёт молярную массу. По азотному правилу нечётная M означает нечётное число атомов азота, а Cl и Br дают пики M и M+2 в отношениях 3:1 и 1:1.

Основные формулы

• 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

Разобранный пример

Этилэтаноат CH₃COOCH₂CH₃ даёт сильную ИК-полосу около 1740 см⁻¹ (C=O сложного эфира) и не имеет полосы O–H. В его ¹H ЯМР три сигнала: синглет CH₃CO около 2,0 м.д. (3H), квартет OCH₂ около 4,1 м.д. (2H) и триплет CH₃ около 1,2 м.д. (3H).

Частые ошибки

• Подсчёт водородов у одного углерода, но в разном окружении, как эквивалентных, или наоборот.
• Применение правила n + 1 к водородам у одного и того же углерода. Сигнал расщепляют только соседи у соседних атомов углерода.
• Путаница базового пика, самого высокого, с пиком молекулярного иона.

Практика

Проверьте себя на тренировочных вопросах по этой теме: ЯМР- и ИК-спектроскопия