Класифікація органічних молекул

За допомогою спектроскопії ПМР можливо вирішувати такі задачі: визначати структуру органічних сполук, проводити кінетичні дослідження, проводити якісний та кількісний аналізи. Як правило, спектр ПМР дає значно більше інформації про органічні сполуки, ніж інші види спектроскопії, одначе всі методи спектрального дослідження краще застосовувати комплексно, бо вони взаємно доповнюють один одного.

Спектроскопія ядерного магнітного резонансу (ЯМР) є найбільш могутнім і інформативним методом фізико-хімічного дослідження органічних сполук. Ми розглянемо тільки протонний магнітний резонанс (ПМР) - резонанс на ядрах водню, оскільки застосування цього виду ЯМР найбільш поширене.

Якщо дві хромофорні групи розділені двома або більше метиленовими групами, то спектри таких сполук являють собою накладення суми спектрів сполук, що містять окремі хромофорні групи.

Наявність однієї метиленової групи між двома хромофорами зменшує взаємодію між ними, і в спектрах таких сполук не спостерігається такої значної різниці, як в першому випадку.

Найбільш сильні зміни в спектрі порівняно з спектрами сполук, які мають окремі хромофорні групи, відбуваються в тому випадку, коли хромофори в молекулі сполучені безпосередньо, як, наприклад, в діацетилі.

Атоми в органічних молекулах можуть бути зв’язані простими та кратними (подвійними чи потрійними) зв’язками. Електрони цих зв’язків мають різну енергію і тому збуджуються випромінюванням з різною довжиною хвиль. Найбільша енергія потрібна для збудження електронів простого вуглець-вуглецевого зв’язку. Відповідно, насичені вуглеводні поглинають в області нижче 200 нм. Групи, які викликають поглинання в області від 200 до 100 нм і мають не менше одного кратного зв’язку, одержали назву хромофорних.

Спектри поглинання в УФ- і видимій областях визначаються змінами в енергії валентних електронів при електронних переходах, внаслідок чого ці спектри одержали назву електронних.

Аналітичне визначення концентрації сполук.

УФ-спектри, що застосовуються для дослідження органічних сполук, звичайно використовують область від 200 до 400 нм, а ділянка спектра від 400 до 1000 нм, є предметом досліджень спектроскопії в видимій області, при енергії падаючого випромінювання порядку декількох електрон-вольт.

УФ-спектроскопія і спектроскопія в видимій області дозволяють вирішувати такі питання:

- з’ясування структури молекул та наявність в них конкретних функціональних груп;

У відповідності з цим виведені емпіричні правила залежності електронного спектра поглинання від взаємного розміщення хромофорних груп в молекулі:

Як же виникає спектр ПМР? Найбільш спрощене пояснення цього таке. Ядра атомів, що коливаються навколо своєї власної осі, мають власний момент кількості руху (спін ядра -1). Це не відноситься до ядер ¹²С, ¹⁶О, ³²S та ін., у яких парне число протонів і нейтронів. Інші ядра – ¹Н, ¹³С, ¹⁴N, ¹⁷О, ¹⁹F, ³¹P (всього 135 природних ізотопів) – мають магнітний момент і поводять себе в зовнішньому магнітному полі як магніти, орієнтуючись за визначеними напрямками. Так, якщо ядро атома водню потрапляє в зовнішнє магнітне поле (для нього і=¹/₂ і є два дозволених напрямки), воно орієнтується в двох дозволених напрямках приблизно з рівною ймовірністю, але тільки приблизно. Орієнтація по полю енергетично більш вигідна і на цьому більш низькому енергетичному рівні знаходиться дещо більше ядер.

Якщо тепер діяти на ядро змінним магнітним полем радіочастотної області (10 – 200 Мгц), то при визначеній частоті (принцип квантування ΔЕ=hν) буде відбуватись переорієнтація спінів ядер, і, отже, поглинання енергії, що фіксується як пік поглинання на регістраторі резонансу, змінюючи радіочастоту в області всього спектру, ми одержимо своєрідну “фотографію” всіх протонів, що містяться в зразку, зображених піками поглинання в спектрі.

Сучасна класифікація органічних сполук базується на теорії хімічної будови. В основу класифікації покладено особливості будови карбонового ланцюга вуглеводнів, оскільки вони прості за складом. Крім того, сполук Карбону і Гідрогену відомо найбільше і в більшості відомих органічних речовин вуглеводневі радикали складають головну частину молекули (нециклічні і циклічні) (рис.5).

Рис. 5. Класифікація органічних сполук.

Органічні сполуки залежно від складу і будови поділяють також на класи. Класи органічних сполук одержують при заміні атомів Гідрогену в молекулах вуглеводнів на інші атоми або групи атомів, так звані функціональні групи. Вони визначають типові хімічні властивості сполук цих класів. Найчастіше до складу органічних речовин входять такі функціональні групи:

а) з Оксигеном: –OH (гідроксильна), –COOH (карбоксильна), =C=O (карбонільна) та ін;

б) з Нітрогеном: –NH₂ (аміногрупа), –CN (нітрильна), – NO₂ (нітрогрупа) та ін.;

в) з Сульфуром: –SO₃H (сульфогрупа), –SH (сульфгідрильна) та ін;

г) з галогенами: (F, Cl, Br, J).

Вивчення умов і методів проведення, а також механізмів реакцій органічних сполук становить основний зміст даного курсу органічної хімії.

Питання номенклатури органічних сполук, як правило, викладаються у всіх підручниках органічної хімії, тому ми свідомо опускаємо розгляд цього матеріалу, звертаючи увагу на те, що у всіх випадках написання рівнянь реакцій вихідні й сполуки, що утворюються, забезпечуються відповідними назвами. Ці назви зі знанням основ номенклатури дозволять кожному самостійно вирішити питання, пов'язані з номенклатурою органічних сполук.

Вивчення органічної хімії починають як звичайно з аліфатичного ряду й з найбільш простого класу речовин – вуглеводнів.

Дата добавления: 2014-11-09