Характерные инфракрасные полосы поглощения

Соединения

Волновое число ν ,см^-1

Алканы

Алкены

Алкины

Спирты, фенолы

карбоновые кислоты

2960–2850

3100–2975

3300

3670–3500 (мономеры)

3600–2500 (асоциаты)

Алкины

2260–2100

Алкены

Альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты и их производные

1690–1640

1800–1600

Поглощение электромагнитного излучения из радиоволновой части спектра; вызывает ядерный магнитный резонанс ядерных магнитных моментов с магнитной компонентой излучения.

Магнитный момент атомных ядер. Атомные ядра с нечетным числом протонов и/или с четным числом нейтронов и атомные ядра с четным числом протонов и/или нечетным числом нейтронов обладают магнитным моментом, отличающимся от нуля. Он может принимать во внешнем магнитном поле различные ориентации (параллельные или антипараллельные по отношению к линиям наложенного магнитною поля), которые отличаются друг от друга по своему энергетическому содержанию.

Ядерный магнитный резонанс. Разности в энергиях между обеими ориентациями магнитного момента атомных ядер во внешнем магнитном поле находятся в энергетической области радиоволн; при поглощении этого излучения происходит появление двух ориентаций с небольшой и большой энергией, взаимодействующих с полем; наблюдается магнитный резонанс. Возникает резонансный сигнал, который записывается. Для выяснения строения органических молекул значение имеем, прежде всего, протонно-магнитная резонансная спектроскопия, т. к. эти молекулы наряду с активными атомами водорода содержат значительное число неактивных атомов.

Химический сдвиг. На положение сигналов протонного резонанса оказывают влияние соседние атомы и связи, это позволяет судить о ближайшем окружении каждого атома водорода. Связанные различным образом атомы Н дают таким образом различные резонансные сигналы. При обработке сигналов их сравнивают с протонным сигналом тетраметилсилана Si(CH₃)₄, который определен в качестве нулевой точки на шкале. Оказалось выгодным вместо частоты резонанса v применять так называемый химический сдвиг – различие резонансных частот:

Химический сдвиг характерных сигналов протонов

Соединение

δ, промилле

Соединение

δ, промилле

Si(CH₃)₄

0,0

Cl–CH₃

3,0

R–CH₃

0,6 – 1,7

R–CH₂–OH

3,0 – 4,0

CH₃–COOH

2,1

R₂C=CH–R

4,5 – 6,0

Ar–CH₃

2,0 – 3,0

Ar–H

7,0 – 7,5

R–C≡C–H

2,0 – 3,0

R–CHO

9,0 – 10,5

Обработка ЯМР-спектров. Положение резонансных сигналов позволяет сделать вывод о электронном окружении протона, т. е. об органическом радикале или о функциональной группе, к которой он принадлежит.

Масс-спектрометрия. В этом методе органическое соединение испаряется в высоком вакууме и разделяется на части при помощи бомбардировки электронами. В качестве продуктов распада выступают катионы, свободные радикалы и небольшие нейтральные молекулы.

Различные катионы разделяются в масс-анализаторе по отношению массы (моль) к заряду (значение M_r/z) и подаются на детектор. Возникает спектр разделенных фрагментов молекулы (масс-спектр). Так как ионы в большинстве случаев имеют единичный заряд, то значение M_r/z, как правило, приравнивается к массе иона.

Молекулярные ионы и их фрагменты

При электронной бомбардировке из молекулы возникает ее катион-радикал, затем распадающийся на ионные и радикальные фрагиенты, например

[А–В] + ē → [А–В] ⁺* + 2ē

[А–В]⁺* → А⁺ + В* (А* + В⁺, А⁺* + В, А + В^+*)

Образующиеся таким образом ионы создают масс-спектр соединения. Интенсивность сигналов (пики) отражает относительное содержание соответствующих ионов. Наивысший пик в масс-спектре обозначает точку отсчета.

Например, образование фрагмента СН₃О+(СН₂=СН⁺) из пропанола-1 и его базисный пик (М_r = 31):

[СН₃–СН₂–СН₂–ОН]⁺* → [СН₃–СН₂]* + [СН₂=ОН] ⁺

Особенно характерные фрагменты обозначаются как ключевые осколки; они дают ценную информацию о строении молекул.