1. 「異質原子-氫X-H」化學鍵的吸收帶，主要在紅外線光譜的高波數high-wavenumber 區域；它們的波數，由高到低的排列順序是：「氧-氫O-H」、「氮-氫N-H」、「碳-氫C-H」。
2. 因為幾乎所有的有機分子，都含有大量的「碳-氫C-H」鍵，所以有它們存在的紅外線光譜，無法說明不知名的化合物到底是什麼結構。
3. 相反地，「氧-氫O-H」、「氮-氫N-H」吸收帶就非常有參考價值了，因為它們可證明是不是有「醇」或「胺」，或者有「碳酸」或「醯胺」存在(第三級醯胺除外，因為它沒有「氮-氫N-H」化學鍵)。
4. 注：「醇」、「碳酸」的最重要特徵就是「氧-氫O-H」基；「胺」、「醯胺」最重要特徵就是「氮-氫N-H」。
5. 「1-辛醇1-octanol」、「2-甲基-1-氨基丙醇 2-methyl-1-aminopropanol」的紅外線光譜，參考教科書p193 Fig4.32、Fig 4.33。
6. 紅外線光譜吸收帶的寬度和強度，來自於「氧-氫O-H」、「氮-氫N-H」化學鍵，吸收帶能敏銳地反應化合物的結構；
7. 雖然這二個官能基，也會產生分子間的氫鍵(會干擾紅外線光譜)，尤其是第一級的「醇」和「胺」，分子間的氫鍵現象特別明顯，第二級、第三級的「醇」和「胺」，就沒有那麼嚴重。
8. 當溶劑中「醇」和「胺」的濃度下降，氫鍵也會下降。
9. 濃度很高的時候，第一級「醇」和「胺」的吸收帶非常寬胖，因為所有分子取得平衡的情況下，出現了各種分子群：二聚體dimer(例如，2個醇分子以氫鍵緊密結合)、三聚體trimer、四聚體tetramer等等，每一種分子群在不同的頻率產生吸收帶。
10. 紅外線光譜中，「烯類 alkenes」從碳=碳雙鍵「C=C」而來的吸收波，相當微弱(參考p194 Fig4.34 1-己烯1-hexene)，因為這個官能基沒什麼偶極矩dipole moment(沒有什麼極性)。
11. 事實上，對稱的烯類看起來幾乎沒有「C=C」吸收帶(例如，反式-4-辛烯 trans-4-octene)
12. 在「13C和1H NMR/碳13和氫核磁共振光譜」，不論烯分子是不是對稱，「C=C」官能基特徵都十分明顯(但是要注意在氫核磁共振光譜，烯類的質子(去電子外皮的氫)，必須直接鍵結在「C=C」雙鍵上才有效)。
13. 也就是說，在鑑定「C=C」官能基方面，核磁共振光譜是比較值得信賴的技術。
14. 「alkynes炔」和「nitrile氰基」在紅外線光譜都有獨特的吸收帶。
15. 因為「nitrile氰基」分子群有極性，它位於2250cm-1吸收帶的強度很強，而「碳≡碳叁鍵 C≡C」在2230cm-1附近的吸收帶，強度就弱很多，而且在分子對稱的時候，完全看不到吸收帶。
16. 「alkynes炔」和「nitrile氰基」的紅外線光譜，在p195頁的二張圖：Fig4.36「1-戊炔1-pentyne」和Fig4.37「異丁腈 isobutyronitrile」。
17. 分子尾端有炔基(就像 1-戊炔)，就會因為「C≡C-H」伸縮，出現強烈的吸收波段；在這裡，「C-H」化學鍵的強度，遠強於，「以sp3混成軌域」鍵結的碳原子上的「C-H」化學鍵，因此炔基的「C-H」紅外線吸收帶的頻率也比較高。
注：碳「以sp3混成軌域」鍵結，形成的就是單鍵；炔基的碳「以sp混成軌域」，形成的是三鍵。(翻譯改寫自Mary Anne Fox, James K. Whitesell的《Organic Chemistry》)
注：圖表，第193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》
徐弘毅：
1. 「異質原子-氫X-H」化學鍵的吸收帶，主要在紅外線光譜的高波數high-wavenumber 區域；它們的波數，由高到低的排列順序是：「氧-氫O-H」>「氮-氫N-H」>「碳-氫C-H」。
2. 「氧-氫O-H」伸縮造成的吸收帶，位於3500-3000cm-1；「氮-氫N-H」伸縮造成的吸收帶，位於3400-3100cm-1；「C-H」官能基的位置，在2960-2850 cm-1的位置。
3. 會產生這種差異，與「氧」、「氮」、「碳」這三種原子本身的性質有關。
4. 依據陰電性強弱排列：氧3.5>氮3.1>碳2.5。陰電性最強的原子，它與氫之間的化學鍵，偶極矩dipole moment 最強(化學鍵一端正極、另一端負極)。
5. 偶極矩最強的化學鍵，最容易擺動或伸縮；擺動，因為其他化學鍵會被它的極性吸引或同性相斥；伸縮，因為二個互相鍵結的原子，會爭相搶奪共價電子。最能夠擺動或伸縮強烈的化學鍵，最有能力吸收紅外線。
6. 雖然「氧-氫O-H」與「氮-氫N-H」的紅外線吸收帶的波數，看起來差不多，不過，從教科書的圖表4.32、4.33來看，圖形明顯不同。「氧-氫O-H」吸收帶比較寬而深，但是「氮-氫N-H」吸收帶，相對較淺，也沒那麼寬。
7. 氧有孤對電子(不參與鍵結)，容易與其他分子產生「氫鍵」，結果，不僅分子內的「氧-氫O-H」會吸收紅外線，分子之間的氫鍵也在吸收紅外線，於是形成一個寬胖的吸收波帶。
8. 另一方面，氧的陰電性最強，也使得「O-H」鍵伸縮幅度最大，產生的頻率較多種，能吸收的紅外線種類較多，所以吸收波帶較寬。
9. 「O-H」鍵伸縮幅度最大，為什麼就可以產生較多種類的頻率來吸收紅外線？這道理就像拉弦，如果弦樂器的一條弦，容許演奏者按成三種長度來拉，就可以發出三種頻率的聲音；如果這條弦，容許演奏者按成七種長度，就可以發出七種頻率。
10. 也就是，「O-H」鍵各種不同長度的伸縮或擺動，吸收了各種不同頻率的紅外線，才造成一個寬而深的吸收帶圖形。
11. 相對之下，氮的陰電性較弱，分子內的「氮-氫N-H」伸縮幅度較弱，孤對電子形成氫鍵的氫鍵也較弱，所以，吸收波帶不論強度或寬度都相對較弱。
12. 而碳原子，則是陰電性最弱，又沒有孤對電子，所以產生的頻率很單一，吸收波最窄。以吸收波的寬度來說，「碳-氫C-H」是最窄的。不過強度不見得最弱，這是因為一個有機分子上頭，有好幾個一模一樣的「碳-氫C-H」鍵，吸收一樣頻率的紅外線波，重複吸收的關係。
13. 因為大部分的有機分子都有「C-H」鍵，所以這個化學鍵的吸收波，很難作為判斷分子的標準。
14. 但是如果「C-H」鍵，位於「C=C」雙鍵又不同了。「C=C」雙鍵的引力，會吸引相鄰的「C-H」鍵，使「C-H」有偶極矩。
15. 圖Fig4.34，「1-己烯1-hexen」的「C-H」鍵，除了一個吸收波，來自於與「sp3混成軌域」的「碳」鍵結的「C-H」，位於2800-3000cm-1；另外在3000-3100cm-1的波數，有一個與「C=C」雙鍵的「碳」，也就是「sp2混成軌域」的「碳」，直接鍵結的「C-H」吸收波。
16. 同樣的情況也發生在炔身上。炔的「C≡C」有強大引力，造成三鍵上「sp混成軌域」的「碳」所鍵結的「C-H」，有更強的偶極矩。因此，炔除了一般的「C-H」波數外，在3300cm-1的波數，還有一個由偶極矩較強的「C-H」鍵，造成的吸收波帶。
17. 「C=C」雙鍵，卻不一定有吸收波。如果雙鍵的左右、上下取代基對稱，使得鍵結的「C-H」鍵的偶極矩，方向與力量互相抵銷，那就看不出吸收波，例如，「反式-4-辛烯 trans-4-octene」。
18. 「C=C」雙鍵，如果左右、上下取帶基不對稱，那麼，就會在大約1500-1800cm-1的波數附近有吸收波，可是圖形非常不明顯，並不好判斷，所以教科書作者建議，用核磁共振光譜來判斷雙鍵是比較好的選擇。
19. 「C≡C」雖然吸收波形也不明顯，但是，位置特殊，使它容易判讀。「C≡C」吸收波帶位於2230cm-1；「C≡N」吸收波形就比較明顯，這是因為氮的陰電性強於碳，三鍵有少許的偶極矩；「C≡N」的吸收波帶，位於2250cm-1。
20. 雖然「C≡C」的吸收波帶與「C≡N」差不多，但是因為「C≡N」的波形深度，也就是吸收波強度，遠強於「C≡C」，所以可以判讀。
沒有留言:
張貼留言