Đang tải... (xem toàn văn)
Một bài giảng cực chi tiết của giảng viên Bách khoa về "Các phương pháp phân tích cấu trúc hợp chất hữu cơ (NMR, IR, MS, ...)" dành cho các học viên cao học, đại học tham khảo.
CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CẤU TRÖC HỢP CHẤT HỮU CƠ Bộ môn Kỹ thuật hữu cơ Khoa Hóa Email: ltdung@hcmut.edu.vn TS. Lê Thành Dũng TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Silverstein, Bassler, Morrill, Spectrophotometric determination of organic ompounds, John Wiley & Sons, 1999 2. Clayden, Greeves, Warren, Organic Chemistry, Oxford, 2001 NỘI DUNG MÔN HỌC 1. Giới thiệu chung (1 tiết) 3. Khối phổ (5 tiết) 2. Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (18 tiết) 4. Phổ hồng ngoại (6 tiết) KIẾN THỨC, KỸ NĂNG CẦN ĐẠT ĐƢỢC SAU MÔN HỌC 1. Hiểu nguyên tắc chung các phương pháp 2. Có khả năng lựa chọn phương pháp phổ 3. Giải được phổ và xác định cấu trúc của các hợp chất hữu cơ thường gặp ĐÁNH GIÁ MÔN HỌC 1. Thi giữa kỳ: 30% 2. Thi cuối kỳ: 70% Hình thức thi: trắc nghiệm NGUYÊN TẮC CỦA PHƢƠNG PHÁP PHỔ Tia/sóng: Tia X nhiễu xạ Sóng radio làm hạt nhân cộng hưởng Sóng hồng ngoại được hấp thu Phổ: Ghi nhận tương tác Vẽ giản đồ hấp thu Biểu diễn mối liên hệ giữa tương tác và cấu trúc Phân tử Năng lượng Tín hiệu (năng lượng) Phổ (Tia/sóng) detector PHƢƠNG PHÁP PHỔ - THÔNG TIN Phƣơng pháp phổ Thông tin thu đƣợc Phổ khối lƣợng cân phân tử 1 H NMR (proton NMR) cho biết sự kết nối của cấu trúc 13 C NMR phân biệt tất cả các loại C Phổ hồng ngoại cho biết các loại nối hóa học UV -VIS cho biết sự liên hợp trong phân tử XRD (đơn tinh thể) cho biết độ dài nối và góc nối Khối lượng phân tử và thành phần cấu tạo Loại proton và số lượng proton của mỗi loại Sườn carbon Các nhóm chức trong cấu trúc Phần liên hợp của phân tử Cấu trúc phân tử PHƢƠNG PHÁP PHỔ - THÔNG TIN PHỔ CỘNG HƢỞNG TỪ HẠT NHÂN (NMR) GIỚI THIỆU CHUNG [...]... DỊCH CHUYỂN HÓA HỌC = X (Hz) TMS (Hz) TMS (MHz) Chất chuẩn: (ppm) TMS (MHz) 60 600 OH (Hz) 60 600 OH (ppm) 1 1 CH2 (Hz) 276 2760 CH2 (ppm) 4.6 4.6 C6H5 (Hz) 438 4380 C6H5 (ppm) E.g 7.3 7.3 Theo qui ước, các nhân 1H và 13C của TMS cộng hưởn tại 0 ppm Các nhân 1H and 13C của hầu hết các chất hữu cơ khác cộng hưởng tại lớn hơn CÁC CÁCH DIỄN ĐẠT GIÁ TRỊ lớn Độ dịch chuyển hóa học()... PHƢƠNG PHÁP NMR Hạt nhân có spin I 0 ở trạng thái cơ bản B0 Tạo ra (2I + 1) mức NL của hạt nhân, cân bằng số hạt nhân ở mức NL cao và ở trạng thái cơ bản E = h Thay đổi cân bằng số hạt nhân, nhiều hạt nhân bị kích thích lên trạng thái NL cao E = h Ghi nhận bằng detector Kết quả ghi nhận: Cường độ Tần số (độ dịch chuyển hóa học) Các hạt nhân trở về trạng thái NL thấp hơn TÍNH CHẤT CỦA CÁC HẠT... tần số radio SO SÁNH TẦN SỐ SỬ DỤNG TRONG NMR VỚI CÁC PHƢƠNG PHÁP PHỔ KHÁC MỘT SỐ HÌNH ẢNH THIẾT BỊ NMR Bruker Avance 500 Bruker Avance 400WB NMR CÓ THỂ PHÂN BIỆT CÁC LOẠI HẠT NHÂN KHÁC NHAU E (hay tần số cộng hưởng) của mỗi loại hạt nhân phụ thuộc: Độ lớn của từ trường ngoài (B0) Bản chất của hạt nhân () Mật độ điện tử (môi trường) xung quanh các hạt nhân (hiệu ứng chắn) Bind Bo CẢM ỨNG TỪ... TÍNH CHẤT TỪ TÍNH CỦA HẠT NHÂN Tất cả các hạt nhân đều mang điện tích Một số hạt nhân có điện tích chuyển động quay xung quanh trục hạt nhân Chuyển động quay của điện tích này sinh momen từ (lưỡng cực) dọc theo trục hạt nhân Momen từ của hạt nhân tương tự như kim la bàn được từ hóa BIỂU THỨC CỦA MOMEN TỪ HẠT NHÂN =p : momen từ : tỉ số hồi chuyển (gyromagnetic ratio), phụ thuộc bản chất. .. I bán nguyên có phân bố điện tích dạng cầu đều được dùng nhiều nhất trong NMR SỰ LƢỢNG TỬ HÓA CỦA MOMEN GÓC p VÀ MOMEN TỪ THEO PHƢƠNG z z=B pz = mI p = I ( I 1) y Hình chiếu của p và trên phương z: x pz = mI z = mI mI : số lượng tử từ Có 2I + 1 giá trị của mI (I, I 1, I 2, …, I) NĂNG LƢỢNG CỦA SPIN HẠT NHÂN TRONG TỪ TRƢỜNG Khi không có từ trường ngoài, các định hướng khác... biết số hạt nhân Không định lượng được 1H) Hiện tượng ghép spin (tương tác từ) cho Ít sử dụng biết sự liên kết trong cấu trúc Cho biết thông tin tin cậy về mặt hóa học của nguyên tử xung quanh nhân Vùng phổ 10 ppm (2 electron hóa trị) Vùng phổ 200 ppm (8 electron hóa trị) PHÂN LOẠI CÁC VÙNG PHỔ NMR 13C C không bão hòa, liên kết trực tiếp với O 200.0 C không bão hòa, không liên kết trực tiếp với O... với O hay N H trên C bão hòa, không liên kết trực tiếp với O (CH3, CH2, CH) (ppm) 0.00 ẢNH HƢỞNG CỦA ĐỘ ÂM ĐIỆN TRÊN 13C AND 1Hc Các nguyên tử có độ âm điện lớn làm tăng giá trị của các nguyên tử (C, H) lân cận do hiệu ứng giảm chắn Ảnh hƣởng lên 13C: Hợp chất Độ âm điện của nguyên tử nối với C Hiệu ứng điện tử 13C (ppm) 13C 8.4 (ppm) CH3CH3 2.5 không 8.4 0 CH3SiMe3 1.0 cho e 0.0... 50.2 41.8 CH3F 4.0 rút 75.2 66.8 ẢNH HƢỞNG CỦA ĐỘ ÂM ĐIỆN TRÊN 13C AND 1Hc Ảnh hƣởng trên 1H: Hợp chất Độ âm điện của nguyên tử nối với C 1H (ppm) CH3Li 1.0 1.4 CH3NH2 3.0 2.41 CH3OH 3.5 3.5 CH3F 4.0 4.27 CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 1H (ppm) 3.06 5.30 7.27 13C (ppm) 24.9 54.0 77.2 GIÁ TRỊ TÍCH PHÂN TRONG PHỔ NMR 1H CHO BIẾT SỐ HYDRO TƢƠNG ỨNG VỚI MỖI PEAK Phổ NMR 1H (250 MHz) của 2,4-dimethyl-2,4-pentanediol... B Nếu B (đại lượng vectơ) định hướng dọc theo phương z và có độ lớn B0 (Bx = By = 0, Bz = B0), độ lớn của E cho bởi CT E = z B0 = mI B0 NĂNG LƢỢNG CỦA SPIN HẠT NHÂN TRONG TỪ TRƢỜNG Độ chênh lệch năng lượng E giữa các mức năng lượng được tính bởi CT E = B0 mI mI = 1 E phụ thuộc cảm ứng từ của từ trƣờng ngoài (B0) & bản chất của hạt nhân () Mặt khác, E được tính bởi CT... không liên kết trực tiếp với O (C=C, C vòng thơm) 150.0 C bão hòa, liên kết trực tiếp với O (CH3O, CH2O, CHO) 100.0 C bão hòa, không liên kết trực tiếp với O (CH3, CH2, CH) 50.0 (ppm) 0.0 PHÂN LOẠI CÁC VÙNG PHỔ NMR 1H Phân loại tƣơng đối: H trên C không bão hòa, liên kết trực tiếp với O (aldehyde) 10.50 H trên C H trên C không bão không bão hòa (benzene, hòa (alkene) hydrocarbon thơm) 8.50 6.50 H trên . Phƣơng pháp phổ Thông tin thu đƣợc Phổ khối lƣợng cân phân tử 1 H NMR (proton NMR) cho biết sự kết nối của cấu trúc 13 C NMR phân biệt tất cả các loại C Phổ hồng ngoại cho biết các loại. TƢỢNG NMR Chỉ các hạt nhân có số khối (A) lẻ hay số hiệu nguyên tử (Z) lẻ có spin hạt nhân I 0, do đó có thể cho hiện tượng NMR Số khối A Số hiệu nguyên tử Z I Ví dụ Hiện tượng NMR . h = B 0 2 Tần số Lamor (tần số NMR, tần số hoạt động) NĂNG LƢỢNG CỦA SPIN HẠT NHÂN TRONG TỪ TRƢỜNG NGUYÊN TẮC CỦA PHƢƠNG PHÁP NMR Hạt nhân có spin I 0 ở trạng thái cơ bản