1. 【官能基的吸收波特性 Characteristic absorptions of functional group】紅外線光譜在判定有機分子結構上非常有效，源自於一個事實，每一個官能基都有一組獨特的紅外線吸收波。
2. 現代紅外線光譜儀，敏銳度足夠辨識出在東西表面薄薄一層分子的性質，它也是一個無價的利器，能夠分辨任何有機物質薄片的性質。
3. 以下列舉紅外線遇到「有機官能基群」產生的「紅外線吸收波帶IR absorptions」
4. 羰分子群carbonyl groups(醛、酮、酯等等)吸收波集中在1780-1640cm-1的區域，醛、酮、碳酸、酯和醯胺的紅外線光譜圖，顯示出上述特點。(參考教科書191到192頁 Figure 4.27~4.31)
5. 醛aldehydes、酮keton、碳酸carboxylic acids、酯ester和醯胺amides的紅外線光譜，都有一個共同點：很強的碳氧雙鍵「C=O」吸收帶，在1780-1640cm-1的區域。
6. 特別注意，大多數的情況，「倍頻overtone」大約是原本吸收波的二倍，因此是可見光，雖然非常微小。
7. 有些情況，官能基的獨特吸收波，頻率是這樣地不同，已經很足夠去判斷到底有什麼東西存在於樣本中。
8. 此外，這些「羰官能基carbonyl functional groups」 (除了酮 ketone)都有其它的官能基，意思是，當那些額外的官能基訊號，加上出現1780-1640cm-1的「碳氧雙鍵C=O」吸收帶，資訊整合之後，就相當足夠指出樣品裡面到底是什麼化合物了。
9. 「碳氧雙鍵C=O」以外的其它「羰官能基」，包括「醛aldehydes」分子上頭的特殊羰官能基：「碳-氫C-H」伸縮造成的吸收帶，位於2800-2700 cm-1；
10. 「碳酸carboxylic acids」分子的「氧-氫O-H」伸縮造成的吸收帶，位於3500-3000cm-1；「酯ester」分子的「碳-氧-碳C-O-C」伸縮造成的吸收帶，位於1300-1100cm-1；
11. 「醯胺amides」分子的「氮-氫N-H」伸縮造成的吸收帶，位於3400-3100cm-1。
12. 因此，一個酮分子的紅外線光譜展現的特徵就是，有「碳氧雙鍵C=O」吸收帶，但是沒有其它碳官能基的吸收帶特徵。
13. 醛、酮、酸、酯、醯胺的紅外線光譜，都有從「碳-氫C-H」化學鍵的伸縮振動轉換，產生的強烈吸收帶；
14. 在比較這些碳分子群的吸收帶強度時，記得一個分子有很多「碳-氫C-H」化學鍵，但是這些紅外線光譜只會顯示出一個碳分子群(因為它們結構都差不多，釋放或吸收的頻率都一樣)。(翻譯改寫自Mary Anne Fox, James K. Whitesell的《Organic Chemistry》)
注：圖表，第191頁、192頁，可翻閱google提供的有限度瀏覽Mary Anne Fox, James K. Whitesell《有機化學Organic Chemistry》
李鈞震：
1. 醛aldehyde、酮ketone、酸carboxylic acids、酯ester、醯胺amides的紅外線光譜的共同特徵，有一個官能基「C=O」，這個官能基的紅外線吸收帶位於1780-1640cm-1。
2. 所以，只要看到1780-1640cm-1這個位置，有強烈的紅外線吸收波，就可以認定樣品化合物，是醛、酮、酸、酯、醯胺其中一種。
3. 到底是哪一種呢？這要找出每一個分子種類的個別特徵。
4. 教科書提供的五張圖表中，圖形最單純的是「2-壬酮 2-nonanone」，因為，壬酮除了官能基「C=O」，就只剩下「C-H」。
5. 壬酮整個分子拆解開來，其實就是由這「C=O」、「C-H」二種分子結構組成的。「C-H」的位置，在2960-2850 cm-1的位置。
6. 如果一個含有「C=O」官能基的碳化合物，紅外線光譜圖，除了「C=O」和「C-H」吸收波，沒有其它的吸收波了，我們可以透過「C-H」的存在確定那是酮分子；
7. 但是，一個含有「C=O」官能基的碳化合物，除了「C=O」和「C-H」吸收波，，還有其它吸收波，那就要重新考慮了。
8. 「醛」的特點是，它除了「C=O」和「C-H」吸收波，「C=O」上的碳還直接與氫鍵結「O=C-H」，與「氧」雙鍵鍵結的「C-H」吸收波，波數較一般的「C-H」低，是2800-2700 cm-1；
9. 這是因為一、「C=O」上的電子會非定域共振，移到緊鄰的「C-H」；也可以說，二、氧的強大陰電性，會擴及到「C-H」上，增強「C-H」鍵的強度，縮短化學鍵的長度；
10. 無論何種解釋都說明一件事，與「O=C」的「碳」，鍵結出來的「C-H」鍵，有鍵長較短、頻率較低的伸縮活動(化學鍵穩定度較高)，所以，它的波數較低。一般「C-H」的紅外線吸收波帶是2960-2850 cm-1；「O=C-H」的「C-H」，紅外線吸收波帶是2800-2700cm-1。
11. 比較「壬醛nonaldehyde」、「2-壬酮 2-nonanone」、「壬酸nonanoic acid」，酸最大的特點是，波數2300-3500cm-1地區，有一大片強而寬的吸收波帶，這不是由一個官能基所組成的。
12. 這一大片寬而強烈的吸收波帶，高波數的區域是「OH」基，位於3500-3000 cm-1的位置；
13. 吸收波帶中間，最強烈的、波鋒圖形最低點，是「C-H」基，位於2960-2850cm-1；
14. 這一大片寬而強烈的吸收波帶，低波數區域，教科書沒有指明是什麼東西，也許就是最靠近「COOH」的亞甲基「CH2」。
15. 因為「COOH」二個「氧」原子的陰電性與它們的電子非定域移動，會影響亞甲基上的二個「C-H」鍵，使它們也處在各種較短化學鍵、較低頻率的伸縮狀態，而能夠吸收好幾種較低波數的紅外線光譜。
16. 「OH」基吸收波帶寬闊的另一個原因是，分子間的氫鍵。
17. 「酯」的紅外線光譜，和「酮」、「醛」相比，最大的差異點是，在波數1300-1100cm-1的位置，出現像山稜那樣凹折的中強度吸收波，這是「O=C-O-C」官能基造成的。
18. 碳C、氧O這幾個原子，都遠比氫H大、質量重，振動的活潑度比較低，所以，紅外線吸收波帶，位於比較低波數的位置。
19. 醯胺，與醛、酮、酸、酯，最大的差異點是，醯胺含有「氮N」原子。「氮-氫N-H」伸縮造成的吸收帶，位於3400-3100cm-1。這個波數，比「C-H」吸收帶高，比「O-H」吸收帶低。這是氮原子的陰電性，低於氧，而高於碳，造成的結果。
20. 比較醛、酮、酸、酯、醯胺，在低波數1100-1500的區域，醛、酮的吸收波振動幅度較低，酸、酯、醯胺才有比較明顯的吸收波圖形。
21. 這是因為酸的「O=C-O-H」、酯的「O=C-O-C」、醯胺的「O=C-N-H2」，電子都會非定域性移動，產生共振，造成的結果。(化學鍵處在伸縮狀態，比較能夠吸引紅外線光，共振區域的化學鍵，都是不斷伸縮的。)
沒有留言:
張貼留言