Сопряженные диены и полиены

Алкены

Алканы

Общие закономерности ИК спектров наиболее важных классов органических соединений

Характеристические частоты

В результате изучения ИК спектров большого числа органических соединений было установлено, что определенным связям и атомным группировкам соответствуют так называемые характеристические частоты поглощения. Это такие частоты, которые мало изменяют свое положение в спектрах соединений, имеющих различное строение, но содержащих одинаковые структурные группы или связи. Характеристическими являются колебания многих групп атомов, например, С=О, СºС, С=С, С-Н, О-Н, N-H и др. Если исключить влияние стерических и электронных факторов на колебательные частоты, то одна и та же группа должна поглощать свет в инфракрасной области в очень узком интервале длин волн, независимо от строения молекулы, в которую она входит. Например, поглощение, отвечающее валентным колебаниям группы С=О ацетона (~1715 см^-1), наблюдается при той же частоте, что и у 3-пентанона. С другой стороны, группа С=О уксусной кислоты представлена двумя полосами поглощения при ~1759 и ~1718 см^-1, так как в этом случае проявляется электронный эффект. Для циклобутанона поглощение группы С=О представлено полосой при ~1775 см^-1, так как здесь проявляется стерический эффект. Точный расчет колебаний и полос поглощения ИК спектров больших молекул весьма сложен, хотя в последнее время созданы компьютерные программы, например B3LYP/6-31G*, позволяющие делать это с достаточно высокой степенью точности и надежности. Однако обычно ИК спектры интерпретируют эмпирически, сравнивая полученные спектры с данными номограмм или таблиц характеристических частот поглощения различных групп атомов. Эти данные представлены в справочниках и специальной литературе. В данном пособии они даны в табл. 1 (с. 28). Часто приводятся также специальные таблицы, позволяющие решать более узкие задачи. Так, в табл. 2 (с. 36) представлены полосы поглощения производных бензола с разной степенью замещения атомов водорода. С помощью этих данных можно различить моно-, ди-, три-, тетра-, пента- и гексазамещенные ароматические соединения, а также установить взаимное расположение заместителей. В последнее время для интерпретации экспериментально полученных спектров используются также различные компьютерные программы.

Для более быстрой и точной интерпретации спектров полезно знать области характеристических частот поглощения тех или иных группировок для конкретных классов органических соединений. В то же время необходимо помнить, что характеристические частоты некоторых разных группировок имеют близкие или даже одинаковые значения, в результате чего полосы поглощения в спектрах накладываются друг на друга.

ИК спектры предельных углеводородов содержат полосы поглощения, связанные с колебаниями связей С-С и С-Н. Полосы связей С-Н находятся в трех областях: 3000-2800, 1400-1300 и около 700 см^-1. Поглощение в области 3000-2800 см^-1 обусловлено валентными колебаниями С-Н. Интенсивности этих полос зависят от числа имеющихся групп. Колебания группы СН₃ обычно проявляются в виде двух пиков при 2962 и 2872 см^-1. Пики при 2926 и 2853 см^-1 относятся к группам СН₂, а группа СН представлена слабой полосой поглощения при 2890 см^-1. Поглощение в области 1400-1300 см^-1 и 700 см^-1 обусловлено деформационными колебаниями связей С-Н. Полосы поглощения, отвечающие колебаниям углеродного скелета (валентные колебания связей С-С), относительно мало интенсивны и проявляются в области 1100-700 см^-1.

Для алкенов в ИК спектрах наблюдается полоса поглощения в области 1640-1680 см^-1, связанная с валентными колебаниями связей С=С. Частота валентных колебаний =С-Н наблюдается при 3010-3095 см^-1. Полосы деформационных колебаний фрагмента Н-С=С-Н достаточно интенсивны для алкенов и располагаются при 1000-800 см^-1. Особенно значимо поглощение при 970-965 см^-1, которое характерно для транс -изомеров алкенов.

Сопряжение двух связей С=С в диеновых углеводородах приводит к появлению двух полос в области 1650-1600 см^-1. У полиенов в этой области появляется несколько полос, иногда сливающихся в одну широкую.

Дата добавления: 2014-12-27