Chương IV PHỔ HỒNG NGOẠI

CHƯƠNG IV
PHỔ HỒNG NGOẠI
(IR-INFRARED SPECTROSCOPY)
1. LÝ THUYẾT CHUNG
Phổ hồng ngoại là phổ dao động quay vì khi hấp thụ bức xạ hồng
ngoại thì cả chuyển động dao động và chuyển động quay đều 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 động : giãn và uốn
-
Dao động giãn: chuyển động nhịp nhàng dọc theo trục liên kết
-
Dao động uốn: thay đổi góc liên kết (dao động xoắn, lắc, rung)
→Khi một phân tử được chiếu xạ, năng lượng bức xạ điện từ được
hấp thụ nếu tần số của bức xạ phù hợp với tần số của dao động.
Giãn đối xứng Giãn bất đối xứng Dao động kéo
Giãn đối xứng Giãn bất đối xứng
Dao động kéo
(uốn)
Giãn đối xứng Giãn bất đối xứng

Uốn trong mặt phẳng
(dao động kéo)
Uốn ngoài mặt phẳng
(dao động rung)
Uốn ngoài mặt phẳng
(dao động xoắn)
Uốn trong mặt phẳng
(dao động lắc)
Giãn đối xứng Giãn bất đối
xứng
Uốn trong mặt
phẳng
Uốn ngoài
mặt phẳng
C
H
H
H
C C C
H
H
H
H H

Tất cả các dao động trong phân tử hữu cơ đều hấp thụ IR?

Những dao động dẫn tới sự biến đổi Moment lưỡng cực của phân
tử mới quan sát được trên phổ IR.
Ví dụ:


Bốn nguyên tử Hydro của CH
4
dao động một cách đối xứng thì
CH
4
không hấp thụ năng lượng IR.

Dao động đối xứng của nối đôi 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 động trong phân tử hấp thụ ở một tần số xác
định.

Phổ IR giúp ta xác định được các loại dao động đặc 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 độ 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 đến cường độ và hình dạng của mũi:
-
Cường độ: 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
Tùy theo cấu trúc phân tử: mạnh đến trung bình: OH, C-O
trung bình đến 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 ĐỒ
2.1.Phổ:
Độ hấp thụ
Số sóng
Số sóng
Đ
ộ

t
r
u
y
ề
n

q
u
a
Trục hoành: Biểu thị số sóng (wavenumber, cm
-1
)
Trục tung: Biểu thị cường độ hấp thụ qua độ truyền qua T
(Transmittance), thường dùng %T.
(Số sóng)
(Độ truyền qua)
2500
2.2. Các vùng của phổ IR
Vùng nhóm chức Vùng vân ngón tay
Phổ IR của 2-pentanol và 3-pentanol

Dao động 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 định tất cả các vân hấp thụ trong phổ IR
Cường độ của vân hấp thụ còn phụ thuộc số lượng liên kết.
2.3. Cường độ của vân hấp thụ
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 = 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).

Dao động uốn C-C xuất hiện ở dưới 500 cm
-1
nên không xuất hiện
trên phổ đồ.

Dao động 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: 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

A
B