Chương i + II xác ðỊNH cấu TRÚC các hợp CHẤT hữu cơ BẰNG các PHƯƠNG PHÁP PHỔ

XÁC ðỊNH CẤU TRÚC CÁC HỢP CHẤT
HỮU CƠ BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHỔ
(Spectrometric Identification of Organic
(Spectrometric Identification of Organic
Chemistry)
GV: TS. Hoàng Thị Kim Dung
CHƯƠNG I: ðẠI CƯƠNG VỀ PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ
CHƯƠNG II: PHỔ TỬ NGOẠI – KHẢ KIẾN
CHƯƠNG IV: PHỔ HỒNG NGOẠI
CHƯƠNG III: PHỔ KHỐI LƯỢNG
CHƯƠNG VI: CÁC BÀI TẬP TỔNG HỢP PHỔ IR VÀ NMR
CHƯƠNG IV: PHỔ HỒNG NGOẠI
(IR-INFRARED SPECTROSCOPY)
CHƯƠNG V: PHỔ CỘNG HƯỞNG TỪ HẠT NHÂN
(NMR-NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE)
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Nguyễn Hữu ðĩnh, Trần Thị ðà (1999), Ứng dụng một số phương
pháp phổ nghiên cứu cấu trúc phân tử, NXB Giáo dục.
2.Nguyễn Kim Phi Phụng (2005), Phổ NMR sử dụng trong phân tích
hữu cơ- Lý thuyết- Bài tập- Bài giải, NXB ðH Quốc Gia TP. HCM.
3. Phạm Luận, Phương pháp phân tích phổ nguyên tử, NXB D9H
Quốc
gia
Hà
Nội
.
Quốc
gia
Hà
Nội
.

4. Robert M. Silverstein, Francis X. Webster (2005), Spectrometric
Identification of Organic Compounds, John Wiley & Sons, Sixth
Edition.
5. James. V. Cooper (1980), Spectroscopic Techniques for Organic
Chemist, John Wiley & Sons.
6. John McMurry (2004), Organic Chemistry, Physical Sciences,
Seventh Edition.
Mass spectrometry (MS)
Trọng lượng phân tử, Công thức phân tử
Infrared spectroscopy (IR)
Nhóm ñịnh chức
PHƯƠNG PHÁP PHỔ
4
Trọng lượng phân tử, Công thức phân tử
Nhóm ñịnh chức
Nuclear magnetic resonance (NMR)
Khung C/H của phân tử
Ultraviolet and Visible Spectra (UV-Vis)
Kim loại chuyển tiếp, hợp chất hữu cơ
CHƯƠNG I
ðẠI CƯƠNG VỀ PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ
Phân tích quang phổ: các phương pháp phân tích
quang học dựa trên cơ sở ứng dụng những tính chất
quang học của nguyên tử, Ion, phân tử và nhóm phân
tử.
Ví dụ: tính chất phát xạ hay hấp thụ quang của
nguyên tử, tính chất hấp thụ quang của phân tử, v.v
PHÂN CHIA THEO ðẶC TRƯNG CỦA PHỔ
1. Phương pháp phân tích phổ nguyên tử:
a) Phổ phát xạ nguyên tử (AES)

b) Phổ hấp thụ nguyên tử (AAS)
c) Phổ huỳnh quang nguyên tử
c) Phổ huỳnh quang nguyên tử
Phổ do sự chuyển mức năng lượng của các ñiện tử hóa
trị của nguyên tử ở trạng thái khí (hơi) tự do, khi bị
kích thích mà sinh ra.
2. Phương pháp phân tích phổ phân tử:
a) Phổ hấp thụ phân tử trong vùng UV-VIS
b) Phổ hồng ngoại (IR và NIR)
c) Phổ tán xạ Raman
Phổ này ñược quyết ñịnh bởi các
ñiện tử hóa trị của
Phổ này ñược quyết ñịnh bởi các
ñiện tử hóa trị của
nguyên tử ở trong phân tử (ñiện tử hóa trị nằm trong
liên kết hay một cặp còn tự do) chuyển mức năng
lượng khi bị kích thích.
Phổ Rơn-ghen (tia X):
+ Phổ phát xạ tia X
+ Phổ huỳnh quang tia X
+ Phổ nhiễu xạ tia X
Phổ cộng hưởng từ:
a) Cộng hưởng từ ñiện tử (ERMS).
b) Cộng hưởng từ proton (hạt nhân: NRMS))
Phương pháp phân tích khối phổ: quyết ñịnh bởi
khối lượng của các Ion phân tử hay các mảnh Ion của
chất phân tích bị cắt ra (tỉ số m/z).
PHÂN CHIA PHỔ THEO ðỘ DÀI SÓNG
STT Tên vùng phổ ðộ dài sóng
1

2
3
4
5
6
Tia gama (γ)
Tia X
Tử ngoại
Khả kiến
Hồng ngoại
Sóng ngắn
< 0,1 nm
0,1 - 5 nm
80 - 400 nm
400 - 800 nm
1 - 400 µm
400
-
1000 µm
6
7
8
9
10
Sóng ngắn
Sóng Raña
Sóng cực ngắn
Tivi - FM
Sóng rañio
400

-
1000 µm
0,1 - 1 cm
0,1 - 50 cm
1 - 10 m
10 - 1500 m
vùng 3 ñến 5 là vùng quang phổ học, xuất hiện do sự
chuyển mức năng lượng của các ñiện tử hóa trị của
nguyên tử và phân tử khi bị kích thích.
Trong quang phổ học: ánh sáng nhìn thấy, tia hồng
ngoại, tia tử ngoại, tia rơnghen… chỉ bằng thuật ngữ là
bức xạ ñiện từ, khác nhau về ñộ dài sóng (bước sóng).
Cơ sở của phương pháp phổ: quá trình tương tác của
các bức xạ ñiện từ ñối với các phân tử vật chất. Khi
tương
tác
với
các
bức
xạ
ñiện
từ,
các
phân
tử
có
cấu
trúc
tương
tác

với
các
bức
xạ
ñiện
từ,
các
phân
tử
có
cấu
trúc
khác nhau sẽ hấp thụ và phát xạ năng lượng khác nhau.
Kết quả của sự hấp thụ và phát xạ năng lượng này
chính là phổ, từ phổ chúng ta có thể xác ñịnh ngược lại
cấu trúc phân tử.
Bức xạ ñiện từ: ñặc trưng bằng các ñại lượng bước
sóng, tần số, số sóng, năng lượng.
VD
:
hồng
ngoại
(µm),
tử
ngoại
(nm),
…
VD
:
hồng

ngoại
(µm),
tử
ngoại
(nm),
…
Bước sóng (Wavelength,
λ
λλ
λ
): là quãng ñường bức xạ ñi
ñược sau một dao ñộng ñầy ñủ , ño bằng ñơn vị là m, cm,
mm, µm, nm.
(ðộ dài sóng hay bước sóng)
(Biên ñộ)
Tần số (Frequency,
ν
νν
ν
): là số dao ñộng trong một ñơn vị
thời gian (giây), ñược ño bởi Hz.
Số sóng (Wavenumber): là số dao ñộng trong một ñơn
vị ñộ dài (cm), có thứ nguyên là cm
-1
Năng lượng của bức xạ:
ε
εε
ε = hν
νν
ν

(h: hằng số Planck, h = 6,63.10
-34
(J.s); ν
νν
ν: tần số (Hz)
(*)→Bước sóng (
λ
) càng ngắn (tần số càng lớn) thì năng lượng (E)
càng cao và ngược lại.
c: vận tốc ánh sáng trong chân không, c = 3.10
8
m/s)
→
(*)
CHƯƠNG II: PHỔ TỬ NGOẠI – KHẢ KIẾN
HỆ THỐNG MÁY QUANG PHỔ TỬ NGOẠI
KHẢ KIẾN
Khi phân tử hấp thu bức xạ tử ngoại hoặc khả kiến thì
những electron hóa trị của nó bị kích thích và chuyển
từ trạng thái cơ bản lên trạng thái kích thích, phổ thu
ñược
gọi
là
phổ
tử
ngoại
–
khả
kiến
(UV

-
Vis)
.
ñược
gọi
là
phổ
tử
ngoại
–
khả
kiến
(UV
-
Vis)
.
Phương pháp phổ tử ngoại – khả kiến (UV-Vis) nghiên
cứu mối quan hệ giữa cấu trúc phân tử và sự hấp thụ
bức xạ mối quan hệ giữa cấu trúc và màu sắc
của
các
chất
.
của
các
chất
.
SƠ ðỒ NGUYÊN LÝ MÁY UV-Vis:
Nguồn
bức

xạ
Mẫu
Bộ phận tán
sắc
khe ðầu dò
bức
xạ
ðộ hấp thu A = lg(I
o
/I) = ɛlC
A: ñộ hấp thu (mật ñộ quang)
I: cường ñộ chùm sáng ñi qua dung dịch
I
o
: cường ñộ chùm sáng ñi qua dung môi
C
:
nồng
ñộ
chất
tan
(mol/l)
C
:
nồng
ñộ
chất
tan
(mol/l)
l: bề dày cuvet ñựng mẫu (cm)

ɛ: hệ số hấp thụ mol ñặc trưng cho cường ñộ hấp thu
của chất nghiên cứu ở bước sóng ñã cho.
Phổ UV: ñường cong sự phụ thuộc của ñộ hấp thu A
vào bước sóng (λ) hay số sóng (ν)
Dung môi ño phổ UV: không hấp thụ bước sóng ở
vùng cần ño, ñộ tinh khiết cao.
Thường: MeOH, EtOH, H
2
O, n-hexan, cyclohexan
2
SỰ HẤP THU BỨC XẠ CỦA CÁC HỢP CHẤT
HỮU CƠ
Thuyết cổ ñiển O.Vit (1876): màu sắc do một số nhóm
nguyên tử gọi là nhóm mang màu (chromophore) gây
nên.
Nhóm mang màu: -N=O, -NO
2
, -N=N-, >C=O, >C=C<
Nhóm trợ màu: SH, NH
2
, OH,…
SỰ HẤP THU BỨC XẠ CỦA CÁC HỢP CHẤT
HỮU CƠ
Thuyết hiện tại:
Nhóm mang màu: nhóm nguyên tử có chứa electron
hấp thụ bức xạ.
Nhóm trợ màu: nhóm thế khi gắn với nhóm mang màu
làm chuyển dịch cực ñại hấp thu về phía bước sóng dài
hơn (chuyển dịch ñỏ), nhóm trợ màu gây ảnh hưởng
ñến nhóm mang màu nhờ hiệu ứng liên hợp.