Материал: Травень В.Ф. - Органическая химия. В 3 т. Т. 2

ν,

Рис. 12.18. ИК-спектр алифатического амина (к задаче 3)

Задача 3. Какому из соединений — А или Б — принадлежит ИК-спектр, изображенный на рис. 12.18?

Ответ. По положению и интенсивности к поглощению аминогруппы могут быть отнесе-

ны две полосы поглощения: полоса при 3400 см–1 (νasN–H) и полоса при 3360 cм–1 (νNs –H). Поскольку в спектре присутствуют две полосы (νs и νas) колебаний N–H-связей,

то амин следует отнести к первичным. Следовательно, приведенный спектр принадлежит бутиламину (Б).

Задача 4. Какую структуру имеет соединение С3Н6О, ИК-спектр которого показан на рис. 12.19?

Ответ. В приведенном спектре отсутствует полоса поглощения ОН-группы (3600– 3200 см–1) и наблюдается полоса поглощения карбонильной группы при 1715 см–1. Следовательно, соединение может иметь структуру СН3СОСН3 (ацетон) или СН3СН2СНО (пропаналь).

Этот ИК-спектр соответствует ацетону по следующим причинам.

Полоса νC=O 1715 cм–1 соответствует алифатическому кетону (карбонильная группа алифатических кетонов поглощает в области 1725–1700 см–1, а алифатических альдегидов — в области 1740–1720 см–1).

Полоса валентных колебаний связи С–Н альдегидной группы νС(О)–Н 2830–2695 см–1 в спектре отсутствует.

В области колебаний Csp3–H наблюдаются только две полосы поглощения, соответствующие симметричным и асимметричным колебаниям связей С–Н метильной группы.

ν,

Рис. 12.19. ИК-спектр соединения С3Н6О (к задаче 4)

12.5.СПЕКТРОСКОПИЯ ЯДЕРНОГО МАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА

Среди всех используемых в настоящее время методов идентификации органических соединений спектроскопия ЯМР является одним из наиболее информативных методов.

Спектроскопия ЯМР основана на измерении магнитных свойств атомных ядер. Магнитные свойства ядер, в свою очередь, обусловлены тем, что ядра атомов, вращающиеся вокруг собственной оси, имеют момент количества

движения, который называется спином ядра. Спин характеризуется ядерным спиновым квантовым числом I, которое может принимать значения 0, 1/2, 1,

3/2, ... и определяется числом протонов и нейтронов, составляющих ядро. Спиновое квантовое число как протона, так и нейтрона равно 1/2, и в за-

висимости от того, спарены в ядре спины этих частиц или нет, ядро может характеризоваться нулевым или ненулевым значением I. Ядра с четным числом нейтронов и протонов (126C, 168O) имеют суммарный спиновый момент I = 0. Ядра с нечетным количеством протонов и нейтронов обладают целочисленным спином ядра (например, I = 1 для 147N, 12H ). Наиболее пригодными для спектроскопии ЯМР органических соединений являются ядра

изотопов с нечетной суммой нейтронов и протонов, имеющие суммарный спин ядра I = 1/2: 11H, 199F, 1531P, 136C, 157N, 178O.

Рис. 12.20. Расщепление энергетических уровней протона в магнитном поле:

Е0 – энергия ядер в отсутствие магнитного поля; Е1 – энергия ядер, соответствующая ориентации их магнитных моментов по полю; Е2 – энергия ядер, соответствующая ориентации их магнитных моментов против поля

Во внешнем магнитном поле напряженностью Н0 ядро со спиновым квантовым числом I может принимать (2I + 1) ориентаций, соответствующих (2I + 1) энергетическим уровням.

Ядра атомов со спином I = 0 имеют в магнитном поле лишь один (2 0 + 1) энергетический уровень. Такие ядра не являются объектами исследования спектроскопии ЯМР.

Ядра водорода (протоны) имеют спиновое число I = 1/2. Во внешнем однородном магнитном поле напряженностью Н0 возможны две (2 1/2 + 1) ориентации спинов протонов: по направлению поля (ядерный магнитный момент μ параллелен приложенному полю) и против направления поля (ядерный магнитный момент антипараллелен приложенному полю), рис. 12.20.

Ориентация по полю энергетически более выгодна. Ей соответствует низший энергетический уровень E1, на котором будет находиться несколько больше ядер, чем на уровне E2. Разность энергий уровней зависит от величины магнитного момента ядра μ, напряженности магнитного поля Н0 и определяется следующим соотношением:

E = 2μH0.

При переходе с нижнего уровня энергии на верхний ядро поглощает энергию

E = hν.

Из этого следует, что

hν = 2μH0.