Слайд 1Органическая химия – предмет столь же логичный, сколь геометрия
Гриньяр
Слайд 2Современные методы установления строения органических соединений
Слайд 3Аналитические методы
Качественный и количественный элементный анализ
Определение молекулярной массы
Слайд 4Аналитические методы
Позволяют исследовать параметры химического строения органических соединений:
последовательность
и кратность химических связей, координационное число атомов, взаимное влияние атомов
и групп атомов в молекуле, внутреннее вращение молекул и прочие перемещения с большими амплитудами, энергетические, электрические и другие молекулярные характеристики
Слайд 5Аналитические методы
наиболее важные по практическому значению для определения строения органических
соединений методы анализа:
масс-спектрометрия
инфракрасная спектроскопия
спектроскопия ЯМР
электронная спектроскопия
Слайд 6Спектральные методы
Спектроскопическими методами анализа называются методы, основанные на взаимодействии вещества
с электромагнитным излучением
Слайд 8Электронная спектроскопия
Можно судить о структуре электронных оболочек органических молекул
Слайд 10Электронная спектроскопия
Поглощение веществом электромагнитных колебаний в ультрафиолетовой (180-400 нм)
и видимой (400-700 нм) области обусловлено переходом электронов со связывающих
орбиталей на разрыхляющие (возбуждение молекулы)
Слайд 12Электронная спектроскопия
Практическое значение имеют переходы * и n*
Группировки, вызывающие
избирательное поглощение электромагнитного колебания в видимой и ультрафиолетовой части спектра,
называются хромофорами
Слайд 14Спектр поглощения циклопентадиена
Слайд 15Электронная спектроскопия
Для качественного анализа и идентификации
Роль «паспорта вещества»
Слайд 16Электронная спектроскопия
Введение в молекулу различных заместителей или изменение внешних условий
(растворителя) обычно вызывает перемещение полосы поглощения
Слайд 19Электронная спектроскопия
Возможность для количественного анализа веществ
Слайд 20Электронная спектроскопия
Установление строения органических веществ?
Мало пригоден
Слайд 21Инфракрасная спектроскопия
Метод функционального анализа (определение функциональных групп)
Слайд 22Инфракрасная спектроскопия
Изучает переходы между колебательными энергетическими состояниями, которые связаны с
колебаниями атомных ядер относительно равновесных положений и определяются строением молекулы
Слайд 24Инфракрасная спектроскопия
Основные типы колебаний:
Валентные
Деформационные
Слайд 26Деформационные колебания
а – ножничное, b – веерное, c –
крутильное, d - маятниковое
Слайд 27Инфракрасная спектроскопия
При поглощении инфракрасного излучения возбуждаются только те колебания, которые
связаны с изменением дипольного момента молекулы
Все колебания, в процессе которых
дипольный момент не изменяется, в ИК-спектрах не проявляются
Слайд 29Инфракрасная спектроскопия
Число и частоты полос зависят:
от числа образующих молекулу атомов
масс
атомных ядер
строения и симметрии равновесной ядерной конфигурации
от внутримолекулярных сил
Слайд 30Инфракрасная спектроскопия
Распределение интенсивности
в спектре определяется:
электрическим дипольным моментом ()
поляризуемостью ()
изменением и в процессе колебаний
Слайд 31Инфракрасная спектроскопия
Идентификация соединений
Определение симметрии молекул
Наличие функциональных групп
Сведения о внутримолекулярных
силах
Межмолекулярные взаимодействия
Слайд 33Инфракрасная спектроскопия
Для расшифровки ИК спектра необходимо идентифицировать основные полосы поглощения
Значения
волновых чисел для различных групп находят в корреляционных диаграммах и
таблицах характеристических частот
Слайд 36Инфракрасная спектроскопия
Определение функциональных групп в органических соединениях
Слайд 37Спектроскопия ЯМР
Самый информативный метод в определении структуры органических соединений
Слайд 39Спектроскопия ЯМР
Молекулярную структуру
Динамику молекул
Межмолекулярные взаимодействия
Механизмы химических реакций
Количественный анализ веществ
в различных агрегатных состояниях
Слайд 40Спектроскопия ЯМР
Структуру промежуточных продуктов химической реакции: ионов, радикалов, ион-радикалов и
др.
Количественный анализ сложных смесей: продуктов реакции, стереоизомеров, таутомеров и
др.
Слайд 41Спектроскопия ЯМР
Магнитными свойствами всегда обладают ядра с массой, выражаемой нечетным
числом: 1Н, 13С, 15N, 17О, 19F, 31Р и т. д.
Слайд 42Спектроскопия ЯМР
Ядро 1Н имеет самый высокий магнитный момент среди всех
других ядер (естественное содержание 1Н в природе составляет почти 100
%)
Слайд 43Спектроскопия ЯМР
Метод ЯМР 13С (содержание изотопа 13С в природном углероде
составляет 1,1% - для записи спектра необходимо проводить накопление сигнала,
что требует дополнительного времени
Слайд 45Спектроскопия ЯМР
Помещают образец одновременно в два магнитных поля – одно
постоянное, а другое – радиочастотное
Слайд 47Спектроскопия ЯМР
Сигналы ЯМР отражают влияние целого ряда слабых взаимодействий между
ядрами и электронами внутри молекулы, между различными ядрами одной молекулы
и между ядрами соседних молекул
Слайд 48Спектроскопия ЯМР
Для каждого типа неэквивалентных атомов (с магнитными свойствами) имеется
свой сигнал
Слайд 49ЯМР-спектр
Зависимость поглощенной энергии от частоты и представляет собой ЯМР-спектр
Слайд 51Спектроскопия ЯМР
Важнейшие характеристики :
Химический сдвиг (определяемый по центру мультиплета)
d
= (Dn/no)·106 = (DН/Нo)·106,
где Dn (или DН) – расстояние от
резонансной линии до эталонной линии спектра (ТМС), измеренное в Гц
Слайд 52Химический сдвиг
Химические сдвиги ЯМР обусловлены электронным экранированием ядер, а величина
химического сдвига зависит от наличия тех или иных заместителей
Слайд 54Химический сдвиг
Хлороформ (СНCl3) 7,27 м.д.
Метиленхлорид (CH2Cl2)
5,3 м.д.
Метилхлорид (CH3Cl)
3,1 м.д.
Бензол (C6H6) 7,27 м.д.
Слайд 55Химический сдвиг
Зависит от внешних факторов: растворителя, концентрации и температуры образца
(для функциональных групп, содержащих гетероатомы NH, OH, SH и др.)
Слайд 56Спектроскопия ЯМР
Важнейшие характеристики :
Мультиплетность сигнала, связанная с числом взаимодействующих
ядер и их спинами
Слайд 57Мультиплетность
Йодистый этил СН3СН2I
Слайд 60Спектроскопия ЯМР
Важнейшие характеристики :
Константы спин-спинового взаимодействия ядер
Слайд 61Константы спин-спинового взаимодействия ядер
Слайд 62Спектроскопия ЯМР
Важнейшие характеристики :
Интегральная интенсивность сигналов (мультиплетов), отношение интенсивностей
компонент мультиплета
Слайд 64Спектроскопия ЯМР
Самый информативный метод в определении структуры органических соединений
Слайд 65Новые методики ЯМР
Двумерная спектроскопия ЯМР
Информация может быть представлена как
функция двух переменных
Позволяет достигнуть достаточно хорошего разрешения в сложных
спектрах
Слайд 68Метод масс-спектрометрии
Деструктивный метод (при проведении анализа образец разлагается и
исследуются его фрагменты)
Слайд 70Метод масс-спектрометрии
Разрушение молекулы под действием электронного удара или химической
ионизации
Процесс регистрации отношения массы к заряду образующихся осколков
Слайд 72Метод масс-спектрометрии
Определение молекулярной массы
Брутто-формулы соединения по картине спектра в области
М+
Принадлежность к тем или иным классам органических веществ
Выявление
отдельных фрагментов структуры по сериям молекулярного и главных осколочных ионов
Слайд 73Графическая форма представления масс-спектра
Слайд 74Цифровая форма масс-спектра
Отношение m/z (в скобках -интенсивности):
72(6), 71(2), 58(2),
57(54), 56(17), 55(5), 53(2), 44(3), 43(100), 42(86), 41(67), 40(4), 39(21),
29(46)
Слайд 77Совокупность физико-химических методов анализа дает исчерпывающее доказательство структуры органического вещества
или указание ограниченного числа изомеров