5.2.2 Молекулярная спектроскопия

Методы основаны на взаимодействии электромагнитного излучения с молекулами вещества.

Свет – распространение электромагнитных волн в пространстве.

Как любое электромагнитное колебание характеризуется скоростью, длиной волны и частотой.

Методы молекулярной спектроскопии основаны на взаимодействии вещества или смеси веществ, их растворов с различного вида излучениями. К ним относятся электронная, инфракрасная спектроскопия; метод люминесценции, оптический и рентгеновский спектральный анализ; рефрактометрия; поляриметрия; метод ядерного магнитного резонанса. На взаимодействии с магнитным полем основанметод электронного парамагнитного резонанса, последовательно с электрическим и магнитым –масс-спектрометрия.

В настоящее время спектрофотометрические методы с большим успехом используются при решении таких вопросов, как контроль чистоты химических соединений, идентификация, установление структуры, исследование различных видов изомерии, количественный анализ смесей, определение констант диссоциации кислот и оснований, исследование кинетики химических реакций, определение микропримесей и т.д.

5.2.3 Электронная спектроскопия

Изучает поглощение органическими веществами света в УФ области спектра (200-400 нм). Излучение с такой длиной волны поглощают только соединения, с  p-связями (С=О, С=С).

Поглощение света вызвано электронными переходами:

5.2.4 ИК-спектроскопия

Инфракрасные спектры возникают в результате возбуждения колебаний атомов и целых группировок в молекуле в результате поглощения тепловых квантов энергии, расположенных от 760 нм спектра.

Колебательные движения молекул

Структурный анализ по ИК-спектрам сводится в настоящее время к отысканию характеристических полос поглощения и их отнесению к соответствующим структурным элементам с учетом численных значений частот maxпоглощения, контура (формы) и интенсивности полос.

Характеристические частоты и их интенсивности для некоторых функциональных групп

Частота	Природа колебания	Тип соединения	Интенсивность
3640-3610	Валентные О-Н	Разбавленные растворы спиртов в неполярных растворителях	40-70
3530	Ассим. валентные свободной NH2	Разбавленные растворы первичных аминов	130
3415	Симм. валентные свободной NH2	То же	120
1820-1650	Валентные С=О	Карбонильные соединения	250-1250
1560-1480	Колебания кольца	Арены	50-100
1335-1310	Ассим. валентные –SO2	Алкилсульфоны	250-600
1160-1130	Симм. Валентные –SO2	Алкилсульфоны	500-900

5.2.5 Масс-спектрометрия

Применяется для идентификации и определения молекулярной массы и молекулярной формулы вещества.

Молекулы, находящиеся в парообразном состоянии в глубоком вакууме, подвергаются бомбардировке электронами. Молекулы в этих условиях теряют один электрон. Образующийся молекулярный ион последовательно распадается на осколки-катионы, свободные радикалы или молекулы.

5.2.6 ЯМР – спектроскопия

Метод пригоден для исследования молекул, в состав которых входят атомы с нечетным числом протонов или нейтронов. Такие ядра обладают ядерным спином и являются парамагнитными (ЯМР¹Н,¹³С,¹⁹F,³¹Р).

При взаимодействии излучения на исследуемый образец, ядра переходят с более низкого энергетического уровня на более высокий, происходит поглощение энергии.

Атомы в молекуле находятся в различном химическом окружении. Этой небольшой разницы достаточно для изменения разности энергий между спиновыми состояниями и, следовательно, частоты поглощаемого излучения (эффект экранирования).

Количественной характеристикой степени экранирования ядер служит химический сдвиг – расстояние между сигналом ядра и сигналом эталонного вещества, выраженного в миллионных долях величины напряженности внешнего тока.

Электроноакцепторные группы и сопряженные связи уменьшают экранированность (сигнал отмечается в более слабом поле);

В ароматических циклах, при действии на них сильного магнитного поля возникает кольцевой ток, собственное магнитное поле, что понижает напряженность внешнего поля (смещение сигнала в более слабое поле).

Параметры спектра:

• Положение сигнала (тип атома);

• Площадь сигнала (число атомов данного типа);

• Мультиплетность (форма) – число соседних атомов других типов.

Строение сигналов (мультиплетов) спектра ЯМР ¹Н

Название	Число пиков	Число Н у соседних атомов углеродов
Синглет Дуплет Триплет Мультиплет	1 2 3 х+1	0 1 2 х