Bài giảng Sự liên quan cấu trúc và đặc điểm đỉnh hấp thu trong phổ IR

 Ngày nay, tia này được gọi là tia hồng ngoại.. Trang 8 Thí nghiệm phát hiện được thực hiện tương tự như sau:  Cho ánh sáng mặt trời đi qua một lăng kính.. Phía sau lăng kính đặt các n

3

Kích thước: Điện tử « Nguyên tử « Phân tử Linh động : Điện tử « Nguyên tử « Phân tử Tính trơ : Điện tử « Nguyên tử « Phân tử

 Năng lượng của sóng điện từ càng lớn khi tần số càng lớn :

D Eel (≥1eV) > D Evib (≤ 0,1eV) > D Er (≤ 0,01eV) > D Etr (≈ 0eV)

Tần số (Hz): 1015 1013 1010

Chuyển dịch : Điện tử Dao động Quay

E = h 

PHÂN TỬ

 En : năng lượng điện tử

 Vn : năng lượng dao động

 Rn : năng lượng quay

5

CÁC PHƯƠNG PHÁP PHỔ KHÁC NHAU

Eel > Evib > Erot

Việc khảo sát các mức năng lượng khác nhau trong phân tử:

 Năng lượng DAO ĐỘNG  PHỔ HỒNG NGOẠI

 Năng lượng ĐiỆN TỬ  PHỔ TỬ NGOẠI – KHẢ KiẾN

6

Nếu một phân tử có:

 Sự chuyển dịch năng lượng điện tử

 thì đồng thời chịu sự thay đổi về :

- năng lượng dao động

- năng lượng quay

 Xuất hiện nhiều sự chuyển dịch mức năng lượng

 Xuất hiện nhiều vạch phổ:

- có tần số khác nhau

- co bước sóng khác nhau

 Xuất hiện một dãi (hay băng) hấp thu

TẬP HỢP CÁC VẠCH PHỔ TẠO THÀNH MỘT DÃI

11/15/2015 Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- IR-UV 7

 Năm 1800, William

Herschel đã phát hiện

sự hiện diện của một

loại tia nằm ngoài

 Ngày nay, tia này

được gọi là tia hồng

ngoại

VÙNG PHỔ CỦA SÓNG ĐiỆN TỪ

Thí nghiệm phát hiện được thực hiện tương tự như sau:

 Cho ánh sáng mặt trời đi qua một lăng kính Phía sau lăng kính đặt các nhiệt kế đã bôi đen để hấp thụ tốt ánh sáng

mặt trời

76 o F

VÙNG PHỔ CỦA SÓNG ĐiỆN TỪ

11/15/2015 Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- IR-UV 9

 Điều chỉnh nhiệt kế để

vùng quang phổ chiếu lên

bầu của mỗi nhiệt kế

11/15/2015 Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- IR-UV 10

11/15/2015 Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- IR-UV 11

“Nhìn thấy” thông qua cái “không nhìn thấy”

Cốc nào chứa nước nóng, cốc nào chứa nước lạnh?

VÙNG PHỔ CỦA SÓNG ĐiỆN TỪ

11/15/2015 Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- IR-UV 12

“Nhìn thấy” thông qua cái “không nhìn thấy”

VÙNG PHỔ CỦA SÓNG ĐiỆN TỪ

11/15/2015 Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- IR-UV 13

 Các màu sắc khác nhau thì hấp thụ lượng nhiệt khác nhau

 Hãy chú ý đến màu đen và màu trắng!

 Lý do người ta thường mặc đồ màu sáng khi trời nắng ? Các bộ tộc ở sa mạc thường hay mặc đồ màu trắng !

VÙNG PHỔ CỦA SÓNG ĐiỆN TỪ

IR

15

Năng lượng dao động (EV)

8.10 3 A 1.5 A ° °

Bước sóng tỉ lệ nghịch với mức năng lượng DE

Bước sóng () Năng lượng (DE)

c = 3.1010 cm.s-1

Số chu kỳ lan truyền trong không gian trong

1 giây

Chiều dài của một chu kỳ sóng điện từ

Số chu kỳ lan truyền trong không gian trong 1 cm

17

Mỗi phân tử hấp thu một vùng phổ IR xác định:

 Hai phân tử có cùng nhóm chức thì hấp thu trong cùng một vùng phô IR

 Mỗi loại liên kết (giữa hai nguyên tử) dao động trong một

vùng tần số xác định

Chỉ những phân tử xuất hiện momen lưỡng cực (i.e hệ thống

bất đối trong phân tử) mới hấp thu ánh sáng hồng ngoại

NHỮNG PHÂN TỬ HẤP THU TRONG VÙNG PHỔ IR ?

Nhóm chức carbonyl là một trong những

“nhóm hấp thu" mạnh nhất

Cùng trong nhóm này còn có: O-H và C-O

Năng lượng của photon ánh sáng

IR được chuyển vào lưỡng cực dao động của liên kết này

Tia sang IR

d+

d-

18

• Những alken và alkyn có cấu trúc đối xứng

C C R R

NHỮNG PHÂN TỬ KHÔNG HÂP THU TRONG VÙNG PHỔ IR ?

• Những phân tử nhỏ có hai nguyên tử không

phân cực: NaCl, KBr, NaBr …

19

Số dao động cơ bản

 Giả sử phân tử có N nguyên tử, mỗi nguyên tử được xác định bởi 3 phương chuyển động trong tọa

độ Descartes tức là có 3N bậc tự do, trong đó 3 bậc

tự do mô tả chuyển động tịnh tiến và 3 bậc tự do mô

tả chuyển động quay của phân tử xung quanh trục Như vậy nói chung phân tử có N nguyên tử sẽ có (3N – 6) dao động cơ bản

20

Dao động điều hòa

Đường Morse Đường cong thế năng của dao động điều hòa – ĐL Hook

1 1

1



m

B A

B A

m m

2

1 )

1 )

Số sóng Tần số dao động

23

DAO ĐỘNG ĐiỀU HÕA

Tần số dao động

 m



2

1 )

1 )

10 )

(

1 )

(

4 1

m cm

C-Cl C-O C-N C-C X=C=Y

26

CÁC KIỂU DAO ĐỘNG (VÍ DỤ NHÓM HYDROXYL)

Biến dạng kiểu cắt kéo (δ IP )

COH 1500-1200 cm -1

Vẫy (wagging)

C

Rock (rocking)

Các nhóm chức khác có cùng kiểu dao động:

-N H H

O O

O O

Carboxylate

-MODES DE VIBRATION

30

•Trong vùng 900~650 cm -1 thể hiện các đỉnh hấp thu của nhân thơm

- rất quan trọng

- do sự dao động biến dạng ngoài mặt phẳng của liên kết –CH=

- cho phép dự đoán chính xác kiểu thế của nhân thơm

770~730 710~690

770~735

810~750 710~690

ALKAN

ALKYN

37

CÓ liên kết hydro

Dịch chuyển về phía

’ (cm -1 ) yếu khi có

liên kết hydro

Trải rộng băng hấp thu

(tùy theo độ dài liên kết Hydro d)

DAO ĐỘNG CO DÃN () NHÓM HYDROXYL O-H

O H R

O H R

R O

H

R O H

CCl 4 CCl 4

KHÔNG CÓ

liên kết hydro

 C-O

3000

OH

O H R

C

O H

H (R)

H (R)

N Ar

R

H (R)

AMIN

s

+/- 10 cm -1

NHÓM CHỨC CARBONYL C=O

ẢNH HƯỞNG CỦA HiỆU ỨNG CẢM ỨNG (I)

TRÊN DAO ĐỘNG CO DÃN C=O

Những nhóm cho điện tử (hiệu ứng +I ) làm giảm lực liên kết carbonyl (độ dài tăng)

R = Me, Et, etc

CH3

Những nhóm hút điện tử (hiệu ứng -I ) làm tăng lực liên kết carbonyl (độ dài giảm)

51

ẢNH HƯỞNG HiỆU ỨNG MÉSOMÈRE (M) (HAY LIÊN HỢP) TRÊN C=O

Hiệu ứng liên hợp làm giảm giá trị số sóng của C=O

C O

(CH 2 ) n-4

C O

CH 3

C O

CH 3

C O

Bổ sung hiệu ứng + M của S và O bởi

Ph dẫn đến hiệu ứng - I tăng lên

ẢNH HƯỞNG CỦA HiỆU ỨNG MÉSOMÈRE (M)

VÀ HiỆU ỨNG CẢM ỨNG I TRÊN C=O



Giảm ’ của C=O

1720 cm -1

C O

CH 3

C O

CH 3

O H

1680 cm -1

55

Phổ IR cho phép xác định chính xác bản chất hóa học của nhóm chức chứa nhóm C=O

BẢN CHẤT HÓA HỌC CỦA NHÓM CHỨC CHỨA C=O

56

CH3 C CH2 CH3

O

Sự hòa điệu của pic C=O (mạnh) tạo thành pic ở

Giá trị đối chiếu

60

C OH

62

C O

63

DAO ĐỘNG CO DÃN CỦA NHÓM NITRO (NO)

N O O

as 1650 ~ 1500 cm -1 as 1370 ~ 1250 cm -1

N O O

 Băng hấp thu mạnh

 Nitro benzen:

 1527 và 1348 cm-1  as bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng -I et -M của NO2 (1550

~ 1515 cm-1)

 s bị ảnh hưởng bởi tính chất đồng mặt phẳng

NO2/Ph (1385-1345 cm-1)

65

BIỆN GIẢI PHỔ IR

BIỆN GIẢI PHỔ IR

66

BIỆN GIẢI PHỔ IR

67

có pic của C=O

Anhydrid: C=O hai pic

Ceton: nếu không phải nhƣ trên

KHÔNG NHẤT THIẾT PHẢI BiỆN GIẢI TẤT CẢ CÁC PIC

TRONG VÙNG DẤU VÂN TAY CỦA PHỔ IR

CÁC BƯỚC TiẾN HÀNH BiỆN GiẢI PHỔ IR