Chương IV phổ hồng ngoại

CHƯƠNG IV
PHỔ HỒNG NGOẠI
(IR-INFRARED SPECTROSCOPY)
1. LÝ THUYẾT CHUNG
Phổ hồng ngoại là phổ dao ñộng quay vì khi hấp thụ bức xạ hồng
ngoại thì cả chuyển ñộng dao ñộng và chuyển ñộng quay ñều bị
kích thích.
Vùng hồng ngoại: 4000-400 cm
-1
-Hồng ngoại gần: 14.290-4000 cm
-1
-Hồng ngoại xa: 700-200 cm
-1
Tại sao một phân tử hữu cơ hấp thụ IR?
Trong phân tử hữu cơ có hai dạng dao ñộng : giãn và uốn
-Dao ñộng giãn: chuyển ñộng nhịp nhàng dọc theo trục liên kết
-Dao ñộng uốn: thay ñổi góc liên kết (dao ñộng xoắn, lắc, rung)
→Khi một phân tử ñược chiếu xạ, năng lượng bức xạ ñiện từ ñược
hấp thụ nếu tần số của bức xạ phù hợp với tần số của dao ñộng.
Giãn ñối xứng
Giãn bất ñối xứng
Dao ñộng kéo
Giãn ñối xứng
Giãn bất ñối xứng
Dao ñộng kéo
Giãn ñối xứng Giãn bất ñối xứng
Dao ñộng kéo
(uốn)
Giãn ñối xứng Giãn bất ñối xứng
Uốn trong mặt phẳng
(dao ñộng kéo)

Uốn ngoài mặt phẳng
(dao ñộng rung)
Uốn ngoài mặt phẳng
(dao ñộng xoắn)
Uốn trong mặt phẳng
(dao ñộng lắc)
C
H
H
H
C C C
H
H
H
H H
Giãn ñối xứng Giãn bất ñối
xứng
Uốn trong mặt
phẳng
Uốn ngoài
mặt phẳng
Tất cả các dao ñộng trong phân tử hữu cơ ñều hấp thụ IR?
Những dao ñộng dẫn tới sự biến ñổi Moment lưỡng cực của phân
tử mới quan sát ñược trên phổ IR.
Ví dụ:

Bốn
nguyên
tử
Hydro

của
CH
4
dao
ñộng
một
cách
ñối
xứng
thì

Bốn
nguyên
tử
Hydro
của
CH
4
dao
ñộng
một
cách
ñối
xứng
thì
CH
4
không hấp thụ năng lượng IR.
Dao ñộng ñối xứng của nối ñôi C=C ở C
2

H
4
và C≡C ở C
2
H
2
không
hấp thụ năng lượng IR.
Vai trò của phổ IR:
IR spectrum → What molecular motions? → What functional groups?
Mỗi loại dao ñộng trong phân tử hấp thụ ở một tần số xác
ñịnh.

Phổ
IR
giúp
ta
xác
ñịnh
ñược
các
loại
dao
ñộng
ñặc
trưng

Phổ
IR
giúp

ta
xác
ñịnh
ñược
các
loại
dao
ñộng
ñặc
trưng
của các liên kết (bonds) hay các nhóm chức (functional
groups) có trong phân tử.
Các liên kết hay các nhóm chức: C-C; C=C; C
≡
≡ ≡
≡
C; C-H;
C-O; C=O; C-N; O-H; N-H…
Cường ñộ và hình dạng của các mũi phổ IR:
Khi phân tích phổ hồng ngoại, ngoài việc xem xét vị trí mũi còn phải
chú ý ñến cường ñộ và hình dạng của mũi:
-Cường ñộ: m (mạnh), tb (trung bình), y (yếu).
Nhóm luôn cho mũi hấp thụ mạnh: C=O, C-X (halogen)
Mũi hấp thụ yếu:
N=N, C=N
Mũi hấp thụ yếu:
N=N, C=N
Tùy theo cấu trúc phân tử: mạnh ñến trung bình: OH, C-O
trung bình ñến yếu: C=C
-Hình dạng: chú ý sự che phủ của các mũi do gần nhau/mạnh che yếu,

dạng mũi tù (OH)
2. PHỔ ðỒ
2.1.Phổ:
ðộ hấp thụ
Số sóng
Số sóng
ðộ truyền qua
(ðộ truyền qua)
Trục hoành: Biểu thị số sóng (wavenumber, cm
-1
)
Trục tung: Biểu thị cường ñộ hấp thụ qua ñộ truyền qua T
(Transmittance), thường dùng %T.
(Số sóng)
2500
2.2. Các vùng của phổ IR
Vùng nhóm chức Vùng vân ngón tay
Phổ IR của 2-pentanol và 3-pentanol
Dao ñộng giãn và uốn của mỗi liên kết có một vùng hấp thụ riêng,
vì vậy phổ IR có thể khá phức tạp.
không thể xác ñịnh tất cả các vân hấp thụ trong phổ IR
2.3. Cường ñộ của vân hấp thụ
Cường ñộ của vân hấp thụ còn phụ thuộc số lượng liên kết.
So sánh C=O và C=C ?
2.4. Vị trí của vân hấp thụ
2.4.1. Ảnh hưởng của kiểu liên kết
Liên kết càng mạnh, vị trí của vân hấp thu càng nằm về phía vùng
có tần số cao.
C ≡ C (~2100 cm

-
1
) > C = C (~1650 cm
-
1
) > C
–
C (1200
-
800 cm
-
1
)
C ≡ C (~2100 cm
-
1
) > C = C (~1650 cm
-
1
) > C
–
C (1200
-
800 cm
-
1
)
C = O (~1700 cm
-1
) > C – O (~1100 cm

-1
)
C ≡ N (~2200 cm
-1
) > C = N (~1600 cm
-1
) > C – N (~1100 cm
-1
)
2.4.2. Ảnh hưởng của hiệu ứng
cảm và cộng hưởng
~1660 cm
-1
~1740 cm
-1
2.4.3. Ảnh hưởng của liên kết hydrogen
Ảnh hưởng của yếu tố không gian
3. PHỔ IR CỦA CÁC HỢP CHẤT HỮU CƠ
3.1. Phổ IR của các Hydrocarbon
C ≡ C – H : C
sp
- H
C = C – H : C
sp2
- H
C – C – H : C
sp3
- H
3. PHỔ IR CỦA CÁC HỢP CHẤT HỮU CƠ
3.1. Phổ IR của các Hydrocarbon

3.1.1. Alkane : CH
3
(CH
2
)
n
CH
3
Trong Alkane có hai dạng liên kết: Liên kết C-H và liên kết C-C.
Liên Kết C-C: Giãn C-C (Stretching C-C) và uốn C-C (Bending
C
-
C)
.
C
-
C)
.
Dao ñộng uốn C-C xuất hiện ở dưới 500 cm
-1
nên không xuất hiện
trên phổ ñồ.
Dao ñộng giãn C-C xuất hiện ở 1200-800 cm
-1
, yếu
Liên kết C
sp3
-H: Giãn C-H (Stretching C-H) và uốn C-H (Bending
C-H) của nhóm Methyl (-CH
3

) và nhóm Methylene (-CH
2
-)
A
B
A: C-H stretching (asymmetrical: ν
as
và symmetrical: ν
s
): 3000-2800 cm
-1
.
B: C-H bending (asymmetrical: δ
as
và symmetrical: δ
s
): 1470-1300 và 720 cm
-1