Spektrum Cahaya

Teori

Sebuah alat yang sangat berharga dalam penentuan struktur organik dan verifikasi melibatkan kelas elektromagnetik (EM) radiasi dengan frekuensi antara 4000 dan 400 cm-1 (wavenumbers). Kategori radiasi EM disebut inframerah (IR) radiasi, dan aplikasi untuk kimia organik ini dikenal sebagai spektroskopi IR. Radiasi di daerah ini dapat dimanfaatkan dalam penentuan struktur organik dengan memanfaatkan fakta bahwa radiasi diserap oleh obligasi interatomik dalam senyawa organik. Ikatan kimia dalam lingkungan yang berbeda akan menyerap berbagai intensitas dan frekuensi bervariasi. Dengan demikian spektroskopi IR menghasilkan pengumpulan informasi penyerapan dan menganalisa dalam bentuk sebuah spektrum - Frekuensi di mana ada serapan radiasi IR ("puncak" atau "sinyal") dapat berkorelasi secara langsung untuk ikatan dalam senyawa tersebut.

An Example IR Spectrum

Karena setiap ikatan interatomik dapat bergetar dengan gerakan yang berbeda (peregangan atau lipatan), ikatan individual dapat menyerap di lebih dari satu frekuensi IR. Peregangan serapan biasanya menghasilkan puncak kuat daripada bending, namun serapan lemah strethcing dapat berguna dalam membedakan jenis ikatan yang sama (misalnya substitusi aromatik). Hal ini juga penting untuk dicatat bahwa getaran simetris tidak menyebabkan penyerapan radiasi IR. Sebagai contoh, ikatan karbon-karbon di etena atau etuna tidak menyerap radiasi IR.

Kawasan Spektrum IR

Ahli kimia organik telah merekam dan katalog jenis dan lokasi serapan IR dihasilkan oleh berbagai macam ikatan kimia dalam lingkungan berbagai reaksi kimia. Data ini dapat dengan cepat direferensikan melalui tabel rentang serapan IR dan dibandingkan dengan spektrum yang sedang diteliti. Sebagai aturan umum, faktor yang paling penting menentukan dimana ikatan kimia akan menyerap adalah orde ikatan dan jenis atom bergabung dengan ikatan. Konjugasi dan atom di dekatnya pergeseran frekuensi ke tingkat yang lebih rendah. Oleh karena itu kelompok fungsional yang sama atau serupa dalam molekul berbeda biasanya akan menyerap dalam rentang frekuensi yang sama. Akibatnya tabel serapan IR disusun oleh kelompok fungsional - itu beberapa versi mungkin ini lebih lanjut dibagi untuk memberikan informasi yang lebih akurat.

Dalam tabel serapan IR, sinyal intensitas (tinggi) biasanya ditandai dengan singkatan sebagai berikut: w = lemah, m = sedang, s = kuat, v = variabel. Sebuah bentuk sinyal yang luas kadang-kadang ditunjukkan oleh br. Kadang-kadang frekuensi penyerapan diberikan sebagai pendekatan tunggal dilambangkan dengan ~ jangkauan.

3600 - 2700 cm-1	X-H
2700 - 1900 cm-1	X=Y
1900 - 1500 cm-1	X=Y
1500 - 500 cm-1	X-Y

Tren di aborption selanjutnya dapat diringkas dalam kategori berikut

Setelah pemeriksaan pertama, spektrum inframerah visual yang khas dapat dibagi menjadi dua daerah. Setengah kiri, di atas 2000 cm-1, biasanya berisi puncak relatif sedikit, tetapi beberapa informasi yang sangat diagnostik dapat ditemukan di sini. Pertama, CH alkana serapan peregangan tepat di bawah 3000 cm^-1 menunjukkan adanya karbon jenuh, dan sinyal di atas 3000 cm-1 menunjukkan tidak jenuh. Sebuah puncak yang sangat luas di wilayah ini antara 3100 dan 3600 cm-1 menunjukkan adanya tukar proton, biasanya dari alkohol, amina, amida atau kelompok asam karboksilat (lihat diskusi ini lebih lanjut di bawah). Frekuensi 2800-2000 cm^-1 biasanya hampa dari serapan lainnya, sehingga keberadaan alkuna atau kelompok nitril dapat dengan mudah dilihat di sini.

Sebaliknya, bagian kanan setengah dari spektrum, di bawah 2000 cm ^{- 1}, biasanya mengandung banyak puncak intensitas yang berbeda-beda, banyak yang tidak mudah diidentifikasi. Dua sinyal yang dapat dilihat dengan jelas di daerah ini adalah gugus karbonil, yang merupakan puncak sangat kuat sekitar 1700-cm 1, dan ikatan dengan CO bisa satu atau dua puncak yang kuat sekitar 1200 cm^-1. Daerah kompleks lebih rendah ini juga dikenal sebagai "daerah sidik jari" karena hampir setiap senyawa organik menghasilkan pola yang unik di daerah ini Oleh karena itu identitas sering dapat dikonfirmasi oleh perbandingan daerah ini ke spektrum diketahui.

Tambahan IR Konsep

Meskipun tabel IR di atas dan serupa penyerapan memberikan titik awal yang baik untuk menetapkan spektrum IR sederhana, itu sering perlu untuk memahami secara lebih rinci beberapa sifat yang lebih spesifik dari spektrum inframerah. Topik berikut mencakup beberapa yang paling penting dari prinsip-prinsip ini.

Pengaruh Misa pada Frekuensi

Seperti disebutkan sebelumnya, salah satu faktor utama yang mempengaruhi frekuensi IR penyerapan obligasi adalah identitas dari dua atom yang terlibat. Untuk lebih tepat, itu adalah massa dari dua atom yang lebih penting. Semakin besar massa atom terpasang, semakin rendah frekuensi IR di mana ikatan akan menyerap. Contoh dari ini adalah spektrum kloroform dan deuterochloroform - perhatikan bahwa dua perbedaan besar dalam spektrum ini adalah

(1) hilangnya peregangan CH (3020 cm^-1) dan bending (1220 cm^-1) di kompleks deuterated dan

(2) pergeseran ke kanan sekitar 20 relatif cm^-1 untuk CHCl₃ tersebut.

Yang pertama adalah hanya disebabkan oleh kurangnya obligasi CH di C_DCl3. Yang kedua adalah ilustratif dari properti yang atom berat (deuterium vs hidrogen) akan menyebabkan melekat obligasi untuk menyerap pada frekuensi yang lebih rendah.

free vs group ikatan Hidrogen-Hidroksil

Salah satu puncak yang paling berbeda dan mudah dikenali dalam spektrum IR adalah penyerapan OH luas alkohol dan fenol. Namun, penting untuk memahami mengapa hal ini memperluas berlangsung dan untuk mempertimbangkan situasi di mana puncak tidak mungkin memiliki bentuk khas. Pertama, perhatikan bahwa setiap kuantitas signifikan senyawa akan berisi jumlah yang sangat besar molekul individu, dan masing-masing mungkin hidrogen terikat pada tingkat yang sedikit berbeda. Jadi sebagai spektrum IR, IR diperoleh serapan akan terjadi di berbagai frekuensi untuk masing-masing ikatan. Hasil akhirnya adalah bahwa puncak IR muncul diperluas, karena rata-rata semua serapan ini sedikit berbeda.

Hal ini dimungkinkan untuk memperoleh spektrum IR hidroksil-mengandung senyawa tanpa melihat sinyal yang luas ini. Dengan membuat yang sangat encer larutan sampel, atau memperoleh spektrum inframerah dalam fasa gas, ikatan hidrogen dicegah melalui kurangnya kontak molekuler. Bahkan dalam larutan terkonsentrasi, senyawa yang lebih besar hambatan sterik dapat menghalangi ikatan hidrogen, mencegah pertukaran. Dalam situasi ini puncak luas OH digantikan oleh sinyal tajam sekitar 3600 cm^-1. Efek ini dapat dilihat dalam spektrum IR t-butanol, encer dan terkonsentrasi.