Các hợp chất hữu cơ hấp thụ bức xạ hồng ngoại ở những tần số trong vùng từ 10000 đến 100 cm-1 và biến thành năng lượng của dao động phân tử.
Sự biến đổi năng lượng dao động này luôn đi kèm với sự biến đổi năng lượng quay. Sự hấp thụ này có định lượng và biểu hiện thành các dải hấp thụ với cường độ khác nhau, gọi là phổ hấp thụ bức xạ hồng ngoại (IR). Mỗi loại dao động hấp thụ ở một tần số hay độ dài sóng xác định, phụ thuộc vào khối lượng tương đối của các nguyên tử, hằng số lực các dây nối và cấu trúc hình học của nguyên tử. Do đó, phổ hồng ngoại cho phép xác định thông tin về cấu trúc hóa học như cấu dạng và nhóm chức đặc trưng của hợp chất hữu cơ.
Đơn vị trong phổ hồng ngoại là số sóng (cm-1). Sự hấp thụ có nhiều ý nghĩa trong việc ứng dụng phổ hồng ngoại để phân tích câu trúc các hợp chất hữu cơ là sự hấp thụ trong vùng 4000 - 660 cm-1
1.4.2. Phương pháp phân tích cấu trúc hợp chất bằng Phổ khối lượng (MS) Phổ khối lượng dựa trên sự phân tách chất tương ứng khối lượng phân tử và nguyên tử bằng cách sử dụng từ trường và điện trường để tác động lên các hạt tích điện (ion) trong chân không. Phổ khối không xác định trực tiếp khối lượng của ion mà xác định tỉ lệ giữa khối lượng (m) và điện tích (z) của ion (m/z). Ở các phân tử nhỏ, điện tích của ion thường là 1 nên giá trị m/z của phổ khối liên quan trực tiếp tới khối lượng của ion. Dưới những điều kiện nhất định, phân tử các chất bị mất đi electron tạo nên ion phân tử (hay còn gọi la ion mẹ) M+. Ion mẹ này có thể tiếp tục “vỡ” ra thành các mảnh nhỏ hơn là các ion con và các mảnh trung hòa. Vì khối lượng của các electron rất nhỏ có thể bỏ qua, nên khối lượng của M+ chính là khối lượng của phân tử.
Trong cùng một điều kiện ion hóa, sự phân mảnh tạo thành các ion con từ ion mẹ sẽ tuân theo những quy định nhất định. Các chất có cấu trúc tương tự nhau sẽ tạo ra những phân mảnh giống nhau. Từ khối lượng phân tử và các mảnh của phân tử, cùng với các phương pháp phổ khác người ta có thể xác định được cấu trúc của một chất chưa biết. So sánh phổ khối của một chất với phổ khối của một chất đã biết có thể giúp định danh chất đó dễ dàng và chính xác.
Trong kỹ thuật này, các phân tử hợp chất bị bắn phá bởi chùm electron năng lượng cao, biến các phân tử thành ion. Sau đó, các ion này được tăng tốc trong một điện trường. Tiếp theo, các ion tăng tốc được phân tách tương ứng với tỉ lệ khối lượng/điện tích (m/z -số khối) trong một từ trường hay điện trường. Mỗi ion có một tỉ lệ m/z nhất định và được phát hiện bởi một thiết bị đo số lượng ion đập vào nó. Mỗi số khối của mỗi mảnh ion bị bắn phá sẽ cho một pic tương ứng trên phổ đồ.
1.4.3. Phương pháp phân tích cấu trúc hợp chất bằng Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR)
Phổ cộng hưởng từ hạt nhân viết tắt là NMR (Nuclear Magnetic Resonance), là một phương pháp phân tích hiện đại, được sử dụng rộng rãi trong hóa học.
Phổ cộng hưởng từ hạt nhân là một phương pháp phổ hiện đại và hữu hiệu nhất hiện nay. Với việc sử dụng kết hợp các kĩ thuật phổ NMR một chiều và hai chiều, các nhà nghiên cứu có thể xác định chính xác cấu trúc các hợp chất kể cả cấu trúc lập thể của phân tử. Nguyên lý chung của các phương pháp phổ NMR (phổ proton và phổ carbon) là sự cộng hưởng khác nhau của các hạt nhân từ (1H và 13C) dưới tác dụng của từ trường ngoài. Sự cộng hưởng khác nhau này được biểu diễn bằng độ chuyển dịch hóa học.
Phổ 1H-NMR: Trong phổ 1H-NMR độ chuyển dịch hoá học của các proton được xác định trong thang TMS từ 0 ppm đến 14 ppm tuỳ thuộc vào cấu trúc hoá học của phân tử. Mỗi loại proton cộng hưởng ở một trường khác nhau và vì vậy chúng được biểu diễn bằng một độ chuyển dịch hoá học khác nhau. Dựa vào độ chuyển dịch hoá học, diện tích pic cũng như tương tác spin giữa các hạt nhân từ với nhau mà người ta có thể xác định được cấu trúc hóa học của hợp chất.
Phổ 13C-NMR: Phổ này cho tín hiệu phổ vạch carbon. Mỗi nguyên tử carbon ở một trường khác nhau và cho một tín hiệu phổ khác nhau. Thang đo cho phổ 13C-NMR cũng được tính bằng ppm với dải thang đo rộng hơn so với phổ proton (từ 0 ppm đến 240 ppm).
Phổ DEPT: Phổ này cho các tín hiệu phổ phân loại các bậc carbon khác nhau. Trên phổ DEPT 135 không cho tín hiệu của carbon bậc 4, tín hiệu của CH và CH3 nằm về một phía, còn tín hiệu của CH2 nằm về phía đối diện. Trên phổ DEPT 90 chỉ có duy nhất tín hiệu phổ của CH. Kết hợp phổ 13C-NMR và phổ DEPT sẽ cho ta biết chính xác số carbon bậc 1, 2, 3, 4.
Chương 2