TIEU LUAN PHƯƠNG PHÁP PHAN TÍCH PHỔ HIỆN ĐAI TUYENLE

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

TIỂU LUẬN
HỌC PHẦN: PHƯƠNG PHÁP PHỔ HIỆN ĐẠI
Tên đề tài:

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CÁC HỢP CHẤT CÓ NHÓM
CHỨC ALCOHOL BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHỔ

GVHD: TS. ĐẬU XUÂN ĐỨC
Họ tên học viên: Lê Thị Tuyền
MSHV: 208140111310037
Chuyên ngành: LL&PPGD Hóa học – Khóa K28
Khóa học: 2021-2022

Nghệ An, tháng 7 năm 2021


MỤC LỤC
I.MỤC ĐÍCH........................................................................................................................ 1
II. MỤC TIÊU.................................................................................................................... 1
III. CẤU TRÚC..................................................................................................................1
IV-NỘI DUNG....................................................................................................................2
IV.1 Tổng quan các phương pháp phổ IR, MS, NMR.......................................................2
IV. 2 PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HỒNG NGOẠI (Infrared spectroscopy – IR). . .3
IV.2.1 Vai trò của phổ IR......................................................................................................5
IV.2.2 Sự xuất hiện của quang phổ quay................................................................................7
IV.2.3 Sự xuất hiện của quang phổ dao động.........................................................................8
IV.2.4 Dao động quay của phân tử..........................................................................................9
IV.2.5 Dao động chuẩn của phân tử....................................................................................9

IV.2.6 Phổ IR và liên kết hóa học:........................................................................................10
IV.2.7 Tương quan giữa phổ dao động và cấu trúc phân tử:...........................................11
IV.2.8 Ứng dụng của phổ hồng ngoại:...............................................................................11
IV.2.9 Ứng dụng của phổ hồng ngoại trong chương trình PT năm 2018...............................12
IV.2.10 Đặc trưng của nhóm chức Hidroxyl –OH trong alcohol của phổ IR.................19
IV. 3 PHƯƠNG PHÁP PHỔ KHỐI LƯỢNG (MASS SPECTROMETRY – MS).......20
IV.3.1-Nguyên tắc và phương pháp:..................................................................................21
IV.3.2 Cơ sở lý thuyết:........................................................................................................22
IV.3.3 Đặc trưng của nhóm chức Hidroxyl –OH trong alcohol của phổ MS..................23
IV.3.4. Đặc điểm và ứng dụng của phổ khối lượng ( MS)................................................25
IV.3.5 Ứng dụng của phổ MS trong chương trình PT năm 2018....................................26
IV.4 PHƯƠNG PHÁP PHỔ CỘNG HƯỞNG TỪ HẠT NHÂN (Nuclear Magnetic
Resonance –NMR)..............................................................................................................26
IV.5 PHÂN TÍCH MỘT SỐ PHỔ ĐẶC TRƯNG CỦA MỘT SỐ ALCOHOL VÀ PHỤ
LỤC PHỔ............................................................................................................................ 35
1- Methanol:....................................................................................................................... 36
2. Ethanol:

..................................................................................................................... 39

3. Propan-1-ol..................................................................................................................... 42
4. Butan- 1- ol:..................................................................................................................... 45
5. Pentan-1-ol

................................................................................................................48


6. 2-metylpropan-1-ol...........................................................................................................51
7. 2-methyl butan-1-ol .......................................................................................................53
8. 2-methylpentan-1-ol.........................................................................................................56

9. 4-methylpentan-1-ol.........................................................................................................59
10. 3,3-dimethyl butan-1-ol

............................................................................................61

11.2,3-đimethylbutan-1-ol....................................................................................................64
V. KẾT LUẬN.................................................................................................................... 67
VI. DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................68


I.MỤC ĐÍCH
Ngày nay các phương pháp vật lý, đặc biệt là các phương pháp phổ được sử dụng rộng rãi
để nghiên cứu các hợp chất hóa học cũng như các q trình phản ứng hóa học. Đặc biệt những
phương pháp này có ý nghĩa đối với việc xác định các hợp chất hữu cơ. Việc phân tích cấu trúc
hợp chất hữu cơ muốn có độ chính xác cao phải sử dụng các phương pháp phổ nghiệm thay
thế cho phương pháp hóa học đốt cháy cổ điển thuần túy.
Cơ sở của phương pháp phổ là quá trình tương tác của các bức xạ điện từ đối với các phân
tử vật chất. Khi tương tác với các bức xạ điện 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 định ngược lại cấu trúc phân tử. Mỗi phương pháp phổ có một
ứng dụng riêng. Thông thường, chúng ta kết hợp các phương pháp với nhau để giải thích cấu
tạo của một hợp chất hữu cơ. Trong bài tiểu luận này, tôi tập trung khảo sát các phương
pháp phân tích phổ: NMR, IR và MS để phân tích, quy kết và dự đốn cấu trúc hợp chất
hữu cơ định chức Alcohol.
II. MỤC TIÊU
Mục tiêu của đề tài đặt ra là xây dựng được xây dựng tài liệu về các phương pháp phổ của
các Alcohol trong chương trình giáo dục phổ thơng mơn Hóa học 2018 nhằm giúp giáo viên
giảm bớt một số khó khăn gặp phải cũng như cung cấp thêm nguồn tài liệu hữu ích về các
phương pháp phổ.
- Trình bày được nguyên tắc chung các phương pháp phổ trong phân tích cấu trúc hợp chất

hữu cơ: NMR, IR, MS.
- Lựa chọn phương pháp phổ phù hợp trong quá trình nghiên cứu, định danh, phân tích và
quy kết các hợp chất hữu cơ chương trình THPT.
- Giải được phổ và xác định cấu trúc của các hợp chất hữu cơ thường gặp. Ở phạm vi tiểu
luận này tập trung giải phổ và xác định cấu trúc của hợp chất hữu cơ định chức Alcohol.
Phạm vi nghiên cứu của đề tài được thực hiện trong phạm vi các Alcohol trong chương
trình giáo dục phổ thơng mơn Hóa học 2018.

III. CẤU TRÚC
Để hồn thành mục tiêu đề ra, cấu trúc nghiên cứu sau đây được thực hiện:
-Tổng quan các phương pháp phổ NMR, IR, MS
-Thực nghiệm dùng các phương phổ NMR, IR, MS để phân tích, quy kết, dự đốn cấu trúc
hợp chất hữu cơ Alcohol
- Nghiên cứu xác định đặc trưng dao động nhóm -OH trong phân tử Hidroxyl.
- Phân tích, so sánh kết quả nghiên cứu của đề tài với một số cơng trình tương tự đã cơng
bố có liên quan đến hợp chất hữu cơ Alcohol.

1


IV-NỘI DUNG
IV.1 Tổng quan các phương pháp phổ IR, MS, NMR
- Khi cho bức xạ điện từ tương tác với phân tử vật chất, dùng thiết bị máy phổ để ghi
nhận sự tương tác đó, ta nhận được một dạng đồ thị gọi là phổ.

- Từ định luật Lambert-Beer, người ta thiết lập và biểu diễn sự phụ thuộc:
+ Trên trục tung: A, D, , lg, T.
+ Trên trục hoành: tần số bức xạ , số sóng , bước sóng bức xạ kích thích .
Thu được đồ thị có dạng D = f(), lg = f(), T = f(), A = f()… đồ thị này gọi là phổ.
Các đỉnh hấp phụ cực đại gọi là dải (band) hay đỉnh hấp thụ (peak), chiều cao của đỉnh peak

gọi là cường độ hấp thụ. Riêng với phổ NMR và phổ MS thì đại lượng trên trục hoành được
mở rộng hơn thành độ chuyển dịch hóa học (ppm) hay số khối m/e (m/z).
- Sự phụ thuộc của hệ số hấp thụ vào chiều dài của bước sóng kích thích. Đường cong
biểu diễn sự phụ thuộc này gọi là phổ. Các đỉnh hấp thụ cực đại gọi là dải hay đỉnh hấp thụ,
chiều cao của đỉnh hấp thụ gọi là cường độ.
 = f() hay lg = f() khi C = const; d = const

- Đường cong có cực đại và cực tiểu. Vị trí của các max và ’max giống nhau. Khơng phụ
thuộc vào nồng độ C. Mỗi giá trị của C có một đồ thị khác nhau. Tổng quan các phương pháp
phổ NMR, IR, MS.

2


IV. 2 PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HỒNG NGOẠI (Infrared spectroscopy – IR)
- Bức xạ hồng ngoại (IR) được phát minh bởi Sir William Herschel năm 1800.

- Coblentz đã đo được những số liệu phong phú khi tương tác bức xạ hồng ngoại với các
hợp chất hữu cơ và vô cơ và chỉ ra rằng mỗi hợp chất có phổ hồng ngoại đặc trưng của nó;

- Máy đo phổ hai tia đầu tiên (Perkin Elmer và Beckman) được đưa vào sử dụng vào những
năm 1940.
- Máy đo phổ hồng ngoại phân giải Fourier FT-IR đầu tiên xuất hiện vào những năm 1980
từ hãng Perkin Elmer

3


 Bước sóng (Wavelength, ): Là khoảng cách giữa hai nút ( hay hai bụng) đo bằng đơn vị là
m, cm, mm, m. m. j

/

 Tần số ( Frequency, ):
Là số bước sóng mà sóng thực hiện được trong một giây (Cps; cycles pes second), được đo bởi
Hz.

4


Phổ IR giúp ta xác định được các loại dao động đặc trưng của các liên kết hay các nhóm chức
có trong phân tử:
 Tại sao một phân tử hữu cơ hấp thụ IR ?
 Trong phân tử hữu cơ có một số dao động sau:

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.
 Tất cả các dao động trong phân tử hữu cơ đều hấp thụ IR?
Những dao động dẫn tới sự biến đổi mômen lưỡng cực của phân tử mới quan sát được trên
quang phổ IR.
Ví dụ:
 Bốn nguyên tử Hiđrô của CH4 dao động một cách đối xứng thì CH4 khơng hấp thụ năng
lượng IR.
 Dao động đối xứng của nối đôi C=C ở C2H4 và nối ba CC ở C2H2 hay không hấp thụ
năng lượng IR.
IV.2.1 Vai trò của phổ IR
 Mỗi loại dao động trong phân tử hấp thụ ở một tần số xác định;
 Phổ IR giúp ta xác định được loại giao 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-N ; -O-H ; -N-H..
Vùng bức xạ hồng ngoại (IR) là một vùng phổ bức xạ điện từ rộng nằm giữa vùng trông

thấy và vùng vi ba; vùng này có thể chia thành 3 vùng nhỏ:
- Near-IR 400-10 cm-1 (1000- 25 μm)
- Mid-IR 4000 - 400 cm-1 (25- 2,5μm)
- Far-IR 14000- 4000 cm-1 (2,5 – 0,8μm)
Phương pháp phân tích phổ hồng ngoại nói ở đây là vùng phổ nằm trong vùng có số
sóng 4000 - 400 cm-1.
Vùng này cung cấp cho ta những thông tin quan trọng về các dao động của các phân tử do
5


đó là các thơng tin về cấu trúc của các phân tử
 Để có thể hấp thụ bức xạ hồng ngoại, phân tử đó phải đáp ứng các yêu cầu sau:
- Độ dài sóng chính xác của bức xạ: một phân tử hấp thụ bức xạ hồng ngoại chỉ khi nào
tần số dao động tự nhiên của một phần phân tử (tức là các nguyên tử hay các nhóm
nguyên tử tạo thành phân tử đó) cũng là tần số của bức xạ tới.
- Một phân tử chỉ hấp thụ bức xạ hồng ngoại khi nào sự hấp thụ đó gây nên sự biến thiên
momen lưỡng cực của chúng.

Phổ đồ:

6


Vùng

Bước chuyển năng lượng

X-ray

Đứt liên kết

Tử ngoại/nhìn thấy

Điện tử

Hồng ngoại
Vi sóng

Dao động
Quay

Sóng vơ tuyến (NMR)

Spin hạt nhân và điện tử

IV.2.2 Sự xuất hiện của quang phổ quay
Đối với các phân tử gồm hai nguyên tử có khối lượng khác nhau (như CO, HCl) có  0 có
thể xếp vào mẫu quay của hai quả tạ có khối lượng m 1 và m2. Giả thuyết và trong quá trình
quay thì khoảng cách giữa hai nguyên tử không thay đổi.
r
m
m1

0

r2

r1

Khi phân tử gồm hai nguyên tử quay theo một hướng trong không gian thì momen qn tính

I của q trình được tính theo biểu thức:
I  mr02 với r = r + r thì
0
1
2

m

m1.m2
m1  m2

Theo cơ học lượng tử thì năng lượng quay E q của các phân tử gồm hai ngun tử được tính
theo phương trình:

� 1� h2v2 � 1�
�
Ev =hv�
v+ �
v+ �
�
�
�
�
� 2� 4D � 2�
Bước chuyển dời năng lượng trong quá trình quay của phân tử gồm hai nguyên tử
tuân theo quy tắt J=±1.

E
E
Vq = j' - j =BJ '(J '+1) - BJ(J +1)

hc hc
Vq =2B(J +1)

Do đó:
Để kích thích phân tử quay, người ta thường dùng nguồn vi sóng cho nên phổ này
được gọi là phổ vi sóng hoặc dùng tia sáng vùng hồng ngoại xa cho nên người ta còn gọi
quang phổ quay là quang phổ hồng ngoại xa.
7


IV.2.3 Sự xuất hiện của quang phổ dao động
Đối với các phân tử gồm hai nguyên tử (CO, HCl), người ta xếp vào mẫu hai hòn bi nối với
nhau bởi một chiếc lị xo. Khoảng cách bình thường giữa hai hịn bi đó là r 0, nếu giữ chặt một
hịn bi và kéo hòn bi kia ra một đoạn dr rồi thả tự do thì nó sẽ dao động quanh vị trí cân bằng
với biên độ dr khơng đổi. Mẫu này được gọi là dao động tử điều hòa. Năng lượng của dao
động tử điều hịa được tính theo phương trình:

1
Et = k(dr)2
2
Do đó khi dr = 0 thì Et = 0, nghĩa là khi dao động tử ở trạng thái cân bằng thì năng lượng
của nó bằng 0. Đường cong thế năng của nó là một đường parabol có cực tiểu tại r 0.
Theo cơ học cổ điển thì tần số dao động điều hịa được tính theo phương trình:

1 k
v=
2 M
Với k là hằng số lực và M là khối lượng rút gọn.
Theo cơ học lượng tử, khi các phân tử dao động chúng chỉ có thể chiếm từng mức
năng lượng nhất định chưa không thay đổi liên tục và phương trình năng lượng của

phân tử thực được tính theo cơng thức:

� 1�
Et =hv�
v+ �
�
�=E v
2
�
�
Với v = 0,1,2… được gọi là số lượng tử dao động
Khi v = 0 thì Ev  0, như vậy khi phân tử khơng dao động nó vẫn chứa một năng lượng nhất
định và gọi là năng lượng điểm không.
E = E2 – E1 = hv[v + 1 + ½ - (v + ½)]
E = hv : khơng phụ thuộc vào v.
Vì phân tử thực khơng dao động điều hịa (dao động với biên độ thay đổi) nên phương
trình năng lượng của nó được bổ chính theo cơng thức:

� 1� h2v2 � 1�
E v =hv�
v+ �
v+ �
�
�- 4D �
�
�
2
�
�
� 2�

D là năng lượng phân li của phân tử.
Quy tắt lựa chọn với phân tử dao động v = ±1, ±2… Như vậy khi phân tử dao động
có thể tiếp nhận các bước chuyển năng lượng sau:
v=0v=1
gọi là dao động cơ bản
v=0v=2
gọi là dao động cao mức 1
v=0v=3
gọi là dao động cao mức 2
v=0v=4
gọi là dao động cao mức 3
… ….
8


v=0v=n
gọi là dao động cao mức n -1
Tuy nhiên, xác suất của các bước chuyển này (cường độ vạch phổ) giảm dần khi bậc dao
động tăng.
Khi phân tử phân li thành ion thì v tăng nhưng E khơng tăng

IV.2.4 Dao động quay của phân tử
Khi kích thích năng lượng thích hợp thường xảy ra quá trình phân tử vừa quay vừa
dao động gọi là dao động quay của phân tử. Năng lượng dao động quay bằng tổng năng
lượng quay và năng lượng dao động:
Edq = Eq + Ed = (v + 1/2)hv + BhcJ(J + 1).
IV.2.5 Dao động chuẩn của phân tử
- Phân tử thẳng có số dao động riêng = 3N – 5 (ví dụ CO2)
Phân tử khơng thẳng có số dao động riêng = 3N – 6 (ví dụ H2O)
ở đây N là số nguyên tử trong phân tử.

- Dao động hoá trị là dao động làm thay đổi chiều dài liên kết, khơng làm thay đổi
góc liên kết, kí hiệu là 
- Dao động biến dạng là dao động làm thay đổi góc liên kết, khơng làm thay đổi
chiều dài liên kết, kí hiệu là 
- Tần số dao động của các nhóm ngun tử tính bằng đơn vị cm-1.

Ví dụ:

 CH  2950  2850 cm1
 C O  1850  1700 cm1
 C C  1680  1600 cm 1

9


Ngồi ra người ta cịn phân biệt dao động đối xứng và bất đối xứng.
Các dạng dao động của liên kết C-H trong hợp chất hữu cơ

IV.2.6 Phổ IR và liên kết hóa học:
Năng lượng hay tần số dao động không chỉ phụ thuộc vào bản chất các mối liên kết như C–
H hoặc C–O … mà còn phụ thuộc tất cả phân tử và môi trường xung quanh. Tuy nhiên 1 số
liên kết có các tính chất đặc trưng:
Vị trí dải hấp thụ phụ tḥc vào lực liên kết và khối lượng các nguyên tử tham gia liên kết .
Liên kết càng mạnh, khối lượng các nguyên tử tham gia liên kết càng nhỏ thì tần số hấp thụ
của liên kết càng lớn.
Vị trí dải hấp thụ phụ tḥc vào khối lượng và độ âm điện của các nguyên tớ tham gia liên
kết
Ví dụ: Dao động hóa trị của liên kết: O-H là 3600 cm-1
O-D là 2630 cm-1 (Do D gấp 2 lần khối lượng H)
C-H là 3000 cm-1

C-C là 1200 cm-1
C-O là 1100 cm-1
C-Cl là 750 cm-1
C-I là 500 cm-1
Dao động hóa trị của liên kết C-H phụ thuộc vào độ lai hóa của liên kết theo thứ tự: sp > sp 2
> sp3
Dải hấp thụ của liên kết:
C-C khoảng 1500-1350 cm-1
C-H khoảng 3000-2800 cm-1

10


Các hợp chất hiđrocacbon chỉ gồm các nguyên tử C và H có độ âm điện khác nhau khơng
nhiều, dải hấp thụ của liên kết C–H không mạnh, trái lại các dải hấp thụ của các liên kết giữa
các nguyên tử khác biệt nhiều về độ âm điện như C–N; C–O; C=O; CN thường rất mạnh.

IV.2.7 Tương quan giữa phổ dao động và cấu trúc phân tử:
Các nhóm chức, nhóm nguyên tử và liên kết trong phân tử có các đám phổ hấp thụ hồng
ngoại đặc trưng khác nhau .

Mặc dù phương pháp phổ dao động là một trong những phương pháp hữu hiệu nhất để xác
định các chất về định tính cũng như định lượng, được ứng dụng rợng rãi trong nghiên cứu khoa
học cũng như trong kiểm tra cơng nghiệp, phương pháp này cũng có những hạn chế nhất định:
 Bằng phương pháp phổ hồng ngoại không cho biết phân tử lượng (trừ trường hợp đặc
biệt).
 Nói chung phổ hồng ngoại không cung cấp thông tin về các vị trí tương đối của các nhóm
chức khác nhau trên một phân tử.
 Chỉ riêng phổ hồng ngoại thì đơi khi chưa thể biết đó là chất nguyên chất hay chất hỗn
hợp vì có trường hợp 2 chất có phổ hồng ngoại giống nhau.

11


IV.2.8 Ứng dụng của phổ hồng ngoại:
a) Đồng nhất các chất: Từ sự đồng nhất về phổ hồng ngoại của hai mẫu hợp chất có thể kết
luận sự đồng nhất về bản chất của hai mẫu.
b) Xác định cấu trúc phân tử: có thể giúp xác định cấu trúc phân tử của chất nghiên cứu.
c) Nghiên cứu động học phản ứng: sẽ ghi được trực tiếp đường cong biểu diễn sự thay đổi
cường độ hấp thu theo thời gian ở miền phổ đã chọn.
d) Nhận biết các chất: Hiện nay người ta đã công bố một số tuyển tập phổ hồng ngoại của
các chất và các tần số nhóm đặc trưng
e) Xác định độ tinh khiết: đám phổ riêng biệt của hợp chất không tinh khiết thường độ rõ
nét bị giảm, sự xuất hiện thêm các đám phổ sẽ làm “nhoè” phổ. Khi tạp chất có sự hấp thụ
mạnh IR mà ở đó thành phần chính khơng hấp thụ hoặc hấp thụ yếu thì việc xác định rất thuân
lợi
f) Suy đốn về tính đối xứng của phân tử
g) Phân tích định lượng: Máy quang phổ hồng ngoại hiện đại, sự tăng tỷ lệ tín hiệu/nhiễu
làm cho việc phân tích định lượng càng thêm chính xác và do đó mở rộng được phạm vi phân
tích định lượng.
IV.2.9 Ứng dụng của phổ hồng ngoại trong chương trình PT năm 2018
Trong chương trình mơn Hóa học 2018, phương pháp phổ hồng ngoại được đề cập trong
phần hóa học hữu cơ lớp 11. Cụ thể là trong chủ đề Đại cương hóa học hữu cơ, ở nội dung hợp
chất hữu cơ và hóa học hữu cơ, yêu cầu học sinh "Sử dụng được bảng tín hiệu phổ hồng
ngoại (IR) để xác định một số nhóm chức cơ bản". Như vậy để đáp ứng được yêu cầu cần
đạt này, trước tiên giáo viên cần giới thiệu sơ lược với học sinh về phương pháp phổ hồng
ngoại. Từ đó, giáo viên hướng dẫn học sinh tìm hiểu về các tín hiệu phổ hồng ngoại của các
nhóm chức cơ bản. Vì vậy là kiến thức mới và tương đối khó nên giáo viên nên dẫn dắt học
sinh đi từ những kiến thức quen thuộc, những điều học sinh đã biết trước đó để liên hệ đến
kiến thức mới.

Thực tế cho thấy vùng phổ từ 1600 đến 4000 cm -1 chứa các vân hấp thụ của hầu hết các
nhóm chức như OH, NH2, C=O, C=C,… nên được gọi là vùng nhóm chức.
Vùng phổ dưới 1600 cm-1 phức tạp hơn do thể hiện đồng thời các dao động biến dạng C-H,
C-C,…; các dao động hóa trị của các liên kết đơn C-C, C-N, C-O,… cũng như sự tương tác và
ảnh hưởng lẫn nhau của toàn bộ “bộ khung” phân tử chứ khơng phải của riêng nhóm ngun
tử hay liên kết nào. Khi cấu tạo của phân tử thay đổi, các vân phổ ở vùng này cũng sẽ thay đổi
theo. Vì thế vùng phổ dưới 1600 cm-1 được gọi là vùng “vân ngón tay” đặc trưng cho một phân
tử xác định (L.D. Field, S. Sternhell, J.R. Kalman, 2008).
Tuy nhiên trong chương trình mơn Hóa học chỉ đưa ra u cầu cần đạt về việc học sinh sử
dụng được bản tín hiệu phổ hồng ngoại để xác định một số nhóm chức cơ bản nên trong tài
liệu này, hầu hết chúng tơi đề cập đến những hấp thụ trong vùng nhóm chức (vùng phổ từ 1600
đến 4000 cm-1) và một vài tín hiệu ở vùng phổ dưới 1600 cm -1. Bên cạnh đó, dựa vào chương
trình mơn Hóa học 2018, tơi sẽ tổng hợp các nhóm chức cơ bản trong các hợp chất mà học
12


sinh sẽ được học bao gồm alkane, alkene, alkyne, arene, alcohol, aldehyde, ketone, carboxylic
aicd, ester, amine, amino acid.

Bảng tín hiệu phổ hồng ngoại (IR) của các nhóm chức cơ bản
Lưu ý: Trong chương trình mơn Hóa học 2018 phương pháp phổ hồng ngoại (IR) là nội
dung kiến thức mới được đưa vào nên mức độ vận dụng phương pháp phổ IR để xác định được
các nhóm chức cơ bản ở mức độ dễ.
Do đó, khi cung cấp phổ IR của một hợp chất sẽ kèm theo chú thích số sóng của các vân
hấp thụ mạnh, đặc trưng cho nhóm chức yêu cầu cần xác định được. Nhiệm vụ của học sinh là
dự đoán sơ lược các trường hợp đơn giản có thể xảy ra và tra cứu trong bảng tín hiệu để xác
định được nhóm chức trong phân tử. Trường hợp nếu khơng cung cấp số sóng của các vân hấp
thụ mạnh, đặc trưng cho nhóm chức yêu cầu cần xác định được thì sẽ rất khó để học sinh xác
định được nhóm chức trong phân tử. Các vân hấp thụ trong phổ IR thường nằm sát nhau và
chồng chất lên nhau nên khó xác định được chính xác vân hấp thụ của nhóm chức khi học sinh

mới tiếp cận kiến thức về phương pháp phổ hồng ngoại.
13


Vì vậy, đối với ví dụ trên, khi hợp chất có cơng thức phân tử là C 3H6O học sinh thường sẽ
dự đoán được các trường hợp đơn giản là aldehyde hoặc ketone (khơng dự đốn trường hợp là
alcohol vì khơng có vân hấp thụ mạnh và rộng ở vùng 3200 – 3600 cm -1). Tiếp theo là tra cứu
trong bảng tín hiệu cho thấy mũi hấp thu mạnh trong vùng 1715 cm -1 là liên kết C = O trong
hợp chất ketone.
Nếu khơng chú thích số sóng thì khó có thể xác định được chính xác là vân hấp thu mạnh
trong vùng 1715 cm-1. Khi đó, học sinh sẽ phân vân trường hợp giữa aldehyde và ketone do
vùng hấp thụ của liên kết C = O trong hai hợp chất này nằm rất gần nhau. Trong trường hợp
này, giáo viên cần cung cấp thêm các thơng tin về tính chất hóa học của hợp chất giúp học
sinh có cơ sở để suy luận chính xác hơn.
Áp dụng:
1-Nhận biết các chất
- Trước khi ghi phổ hồng ngoại, nói chung ta đã có thể có nhiều thơng tin về hợp chất hoặc
hỗn hợp cần nghiên cứu, như: trạng thái vật lý, dạng bên ngồi, độ tan, điểm nóng chảy, điểm
cháy.
- Nếu có thể thì cần biết chắc mẫu là chất ngun chất hay hỗn hợp. Sau khi ghi phổ hồng
ngoại, nếu chất nghiên cứu là hợp chất hữu cơ thì trước tiên nghiên cứu vùng dao động co giãn
của H để xác định xem mẫu thuộc loại hợp chất vòng thơm hay mạch thẳng hoặc cả hai.
2- Nghiên cứu các vùng tần số nhóm để xác định có hay khơng có các nhóm chức.
Trong nhiều trường hợp việc đọc phổ (giải phổ) và tìm các tần số đặc trưng khơng đủ để nhận
biết một cách toàn diện về chất nghiên cứu, nhưng có lẽ là có thể suy đốn được kiểu hoặc loại
hợp chất.
3- Giải phổ IR của một số hợp chất hữu cơ
Ghi tất cả các vùng phổ (chân peak), (đỉnh peak).
Chú ý các peak đặc trưng: đặc điểm (đỉnh kép, mạnh và rộng, yếu và hep, nhọn và hẹp, chân
rộng và giãn... )

- Từ công thức phân tử, dự đốn có thể chứa dao động của những nhóm chứa nào?
- Các peak của phổ có thể ứng với dao động của những nhóm chức nào?
- Đối chiếu:
Nếu chỉ sử dụng phổ IR, ứng với một số công thức phân tử và một phổ đồ có thể dự đốn được
nhiều công thức cấu tạo tương ứng.
Cụ thể ta làm như sau :
Bước 1: Tính độ bất bão hịa ( Degree of unsaturation- DU) từ cơng thức tổng qt đê
xem có bao nhiêu vịng, bao nhiêu liên kết đơi.
Giả sử ta có 1 cơng thức là CnHmXi
- Nếu X là Halogens thì coi nó là H  CnHm+i
- Nếu X là O, S thì bỏ  CnHm
- Nếu X là N thì trừ đi H tương ứng  CnHm-i
14


DU  n 

m
1
2

VD: C5H10O 

DU  5

10
 1 1
2

DU  8

11 1
 1 4
2

C8H11N 
Nếu: DU = 1 có thể có 1 LK đơi hoặc vịng
DU = 2 có thể có 2 LK đơi, 2 vịng, 1 LK ba hoặc 1 LK đơi + 1 vịng
DU = 3 có thể có 3 LK đơi, 3 vịng, 1 LK đơi + 2 vịng,
2 LK đơi + 1vịng, 1 LK ba + 1 LK đôi hoặc 1 LK ba + 1 vòng
DU = 4 nghĩ ngay tới vòng benzen
DU = 5 có thể là vịng benzen + 1 LK đơi hoặc vịng benzen + 1 vịng
DU = 6 có thể là vịng benzen + 2 LK đơi hoặc 2 vịng hoặc 1 LK ba
hoặc 1 LK đơi + 1 vịng.
-1
Bước 2. Nhìn vào phổ IR tại vùng số sóng lớn hơn 1500cm
Kết hợp các dữ kiện có từ cơng thức tổng qt, DU và phổ IR
Nếu có 1 liên kết đơi và nguyên tố O có thể nghĩ tới nhóm carbonyl
Nếu khơng có liên kết đơi mà lại có O thì có thể nghĩ tới ether hoặc ancol
Bước 3. Sử dụng phổ NMR để xác định các liên kết trong phân tử:
Từ các nhóm chức xác định từ bước 2, viết cấu trúc phân tử và dựa vào phổ NMR đánh giá
xem công thức đã hợp lý chưa
Bước 4. Kiểm tra số O, C, H, Hal, ... xem đã phù hợp với cơng thức tổng qt chưa
Kiểm tra hóa trị các nguyên tố xem phù hợp chưa
Nếu chưa đúng, viết cấu trúc phân tử khác và kiểm tra lại
Tần số dao động đặc trưng của phổ IR

15

Ví dụ:

16


17


18


IV.2.10 Đặc trưng của nhóm chức Hidroxyl –OH trong alcohol của phổ IR
Khi khơng có liên kết Hydrogen ( nhóm O-H tự do) giãn O-H cách của ancohol và
phenol hấp thụ mạnh ở 3700 - 3500 cm-1.
Khi có liên kết hydrogen ngoại phân tử, giãn O-H của ancohol và phenol hấp thụ mạnh
ở 3550 -3200 cm-1

A: Giãn O-H ( Liên kết hydrogen ngoại phân tử) 3329cm-1
 Giãn C-O của Alcochol và Phenol hấp thụ ở vùng 1260- 1000 cm-1

19


A: Giãn C-O ở 1231 cm-1
 Alcochol bậc nhất giãn C-O ở 1060 -1020 cm-1
 Alcochol bậc hai & bậc ba giãn C-O ở 1140 – 1091cm-1

IV. 3 PHƯƠNG PHÁP PHỔ KHỐI LƯỢNG (MASS SPECTROMETRY – MS)
Phương pháp phổ khối lượng (Mass Spectrometry – MS) được biết từ giữa thế kỉ XIX, khi
các nhà khoa học nghiên cứu bản chất của vật chất liên quan đến hiện tượng tia âm cực và tia

dương cực. Kể từ đó phương pháp phổ khối lượng được sử dụng để nghiên cứu đồng vị của
các nguyên tố. Năm 1912 – 1913, Thomson nghiên cứu phổ khối lượng của các khí trong khí
quyển và sử dụng khối phổ để chứng minh sự tồn tại của 22Ne trong một mẫu 20Ne, từ đó xác
định rằng các nguyên tố có thể có đồng vị. Máy đo khối phổ sớm nhất như chúng ta biết ngày
nay được A. J. Dempster chế tạo vào năm 1918 (Donald L. Pavia et al., 2009).
Đến giữa thế kỉ XX, phương pháp phổ khối lượng được phát triển kết hợp với phương pháp
sắc kí khí. Kể từ đó nó được sử dụng một cách rất hữu ích trong việc nghiên cứu các hợp chất
hữu cơ. Trước đây, việc xác định phân tử khối của hợp chất hữu cơ dựa vào việc đo độ hạ nhiệt
độ đông đặc (phương pháp nghiệm lạnh) hay dựa vào việc đo độ tăng của nhiệt độ sôi (phương
pháp nghiệm sôi). Các phương pháp này mất nhiều thời gian, công sức và sai số lớn. Nhờ dựa
20


vào khối lượng các đồng vị nên phương pháp phổ khối lượng cho biết chính xác khối lượng
chất cần xác định và đưa ra chính xác cơng thức phân tử của chất nghiên cứu.
Phổ khối lượng là một phương pháp phân tích mà trong đó hợp chất nghiên cứu trước tiên
phải được hóa hơi trong điều kiện chân khơng và tiếp xúc với chùm tia điện tử năng lượng cao
khiến các nguyên tử (hoặc phân tử) của mẫu trở nên tích điện, thường là mất một hoặc nhiều
điện tử. Các ion được gia tốc, sau đó các ion này đi qua một điện trường hoặc từ trường (biến
thiên) làm lệch đường đi của mỗi ion đến một mức độ phụ thuộc vào cả khối lượng và điện
tích của nó. Các ion được phát hiện nhờ đầu dò và một biểu đồ về số lượng tương đối của các
ion được tạo thành so với tỉ lệ khối lượng trên điện tích của chúng (một phổ khối lượng) được
tạo ra. Cấu tạo hợp chất nghiên cứu được xác định thông qua việc nghiên cứu khối lượng và
điện tích các mảnh ion cùng với xác suất xuất hiện các mảnh ion đó (OpenStax College, 2015).
Phổ khối lượng là một đồ thị biểu diễn cường độ tín hiệu ion (trục tung) và tỉ lệ khối lượng
trên điện tích (trục hồnh). Các quang phổ này được sử dụng để xác định dấu hiệu nguyên tố
hoặc đồng vị của một mẫu, khối lượng của các hạt và phân tử, đồng thời làm sáng tỏ đặc điểm
cấu trúc hóa học của các phân tử và các hợp chất hóa học khác (Sparkman O. David, 2000).

IV.3.1-Nguyên tắc và phương pháp:

- Mẫu phân tích được hố hơi thành các nguyên tử, phân tử.
- Các nguyên tử, phân tử được ion hoá trong các thiết bị ion hoá phù hợp với từng loại mẫu
phân tích
- Việc ghi nhận các chùm ion dương đã được tách có thể thực hiện trên kính ảnh hoặc bằng
detector biến đổi cường độ dịng các ion dương thành dòng điện
- Các phân tử ở trạng thái khí khi va chạm với dịng electron có năng lượng cao có khả năng
tách ra một hay hai electron và trở thành ion có điện tích +1; +2 tương ứng:
M + e-  [M]+ + 2eHoặc M + e -  [M]2+ + 3e21


- Các ion này được gọi là ion gốc hay ion phân tử. Trong đó xác suất tạo thành ion có điện
tích +1 thường rất cao; ngược lại, xác xuất tạo thành các ion có điện tích cao hơn rất thấp. Do
trong phân tử chất hữu cơ, các electron đều đã ghép đôi nên khi phân tử mất đi một electron sẽ
tạo thành ion gốc.
- Quá trình biến các phân tử trung hòa thành các ion được gọi là quá trình ion hóa.
- Các ion phân tử va chạm với dòng electron và tiếp tục bị phá vỡ thành các mảnh ion, các
gốc hoặc các phân tử trung hòa. Quá trình này được gọi là quá trình phân mảnh.
- Mỗi ion tạo thành có khối lượng m và điện tích z xác định. Tỉ số m/z được gọi là số khối
Z.
IV.3.2 Cơ sở lý thuyết:
Dưới tác dụng của điện trường gia tốc có điện áp U0, các ion dương có động năng:
E  zU 0 

1
mV 2
2

Trong đó: z - điện tích ion dương ; m - khối lượng ion ; V - vận tốc ion
V  2U 0 . z

m
Suy ra:
Dưới tác dụng của từ trường, các ion dương chuyển động theo các quỹ đạo trịn bán kính r
rồi hội tụ trên kính ảnh hay detector. Khi chuyển động trên các quỹ đạo cong, các ion chịu tác
dụng của lực hướng tâm (Fht) và lực ly tâm (Flt) với:
m H 2r 2
V2

Flt  m
Fht  H .z.V
2U 0
r suy ra z
Tính cường độ vạch phổ M+, (M + 2)+, (M + 4)+ của CH2Cl2; biết nguyên tố Clo có

A1 = 35

A2 = 37

a1 = 1,0

a2 = 0,32

Áp dụng công thức tính:
(a1 + a2)2 = a12 + 2a1a2 + a22
Thay giá trị số: 12 + 2x1x0,32 + 0,322 = 1 + 0,64 + 0,1024
Vậy tỉ lệ chiều cao vạch phổ:
M+ = 1; (M + 2)+ = 0,64; (M + 4)+ = 0,1024
Ví dụ : Tính cường độ vạch phổ M+; (M + 2)+; (M + 4)+; (M + 6)+ của CHBrCl2, biết
Nguyên tố Cl

Nguyên tố Br

A1 = 35

A2 = 37

a1 = 1,0

a2 = 0,32

B1 = 79

B2 = 81

b1 = 1,0

b2 = 0,98

22