xác định cấu trúc

1. XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC CÁC HỢP CHẤT
HỮU CƠ BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHỔ
(Spectrometric Identification of Organic
Chemistry)
GV: TS. Hoàng Thị Kim Dung

2. CHƯƠNG I: ĐẠI CƯƠNG VỀ PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ
CHƯƠNG II: PHỔ TỬ NGOẠI – KHẢ KIẾN
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)
CHƯƠNG III: PHỔ KHỐI LƯỢNG

3. TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Nguyễn Hữu Đĩnh, Trần Thị Đà (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 ĐH Quốc Gia TP. HCM.
3. Phạm Luận, Phương pháp phân tích phổ nguyên tử, NXB D9H
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.

4. 4
Mass spectrometry (MS)
Trọng lượng phân tử, Công thức phân tử
Infrared spectroscopy (IR)
Nhóm định 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
PHƯƠNG PHÁP PHỔ

5. CHƯƠNG I
ĐẠI 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...

6. PHÂN CHIA THEO ĐẶC 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
Phổ do sự chuyển mức năng lượng của các điện tử hóa
trị của nguyên tử ở trạng thái khí (hơi) tự do, khi bị
kích thích mà sinh ra.

7. 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 được quyết định bởi các điện tử hóa trị của
nguyên tử ở trong phân tử (điện tử hóa trị nằm trong
liên kết hay một cặp còn tự do) chuyển mức năng
lượng khi bị kích thích.

8. 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 điện tử (ERMS).
b) Cộng hưởng từ proton (hạt nhân: NRMS))
Phương pháp phân tích khối phổ: quyết định bởi
khối lượng của các Ion phân tử hay các mảnh Ion của
chất phân tích bị cắt ra (tỉ số m/z).

9. PHÂN CHIA PHỔ THEO ĐỘ DÀI SÓNG
STT Tên vùng phổ Độ dài sóng
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Tia gama (γ)
Tia X
Tử ngoại
Khả kiến
Hồng ngoại
Sóng ngắn
Sóng Rađa
Sóng cực ngắn
Tivi - FM
Sóng rađio
< 0,1 nm
0,1 - 5 nm
80 - 400 nm
400 - 800 nm
1 - 400 µm
400 - 1000 µm
0,1 - 1 cm
0,1 - 50 cm
1 - 10 m
10 - 1500 m
vùng 3 đến 5 là vùng quang phổ học, xuất hiện do sự
chuyển mức năng lượng của các điện tử hóa trị của
nguyên tử và phân tử khi bị kích thích.

10. Trong quang phổ học: ánh sáng nhìn thấy, tia hồng
ngoại, tia tử ngoại, tia rơnghen… chỉ bằng thuật ngữ là
bức xạ điện từ, khác nhau về độ dài sóng (bước sóng).
Cơ sở của phương pháp phổ: 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.

11. Bức xạ điện từ: đặc trưng bằng các đại lượng bước
sóng, tần số, số sóng, năng lượng.
VD: hồng ngoại (µm), tử ngoại (nm),…

12. Bước sóng (Wavelength, ): là quãng đường bức xạ đi
được sau một dao động đầy đủ , đo bằng đơn vị là m, cm,
mm, m, nm.
Tần số (Frequency, ): là số dao động trong một đơn vị
thời gian (giây), được đo bởi Hz.
(Độ dài sóng hay bước sóng)
(Biên độ)

13. Số sóng (Wavenumber): là số dao động trong một đơn
vị độ dài (cm), có thứ nguyên là cm-1

14. Năng lượng của bức xạ:
 = h
(h: hằng số Planck, h = 6,63.10-34 (J.s); : tần số (Hz)
(*)→Bước sóng () càng ngắn (tần số càng lớn) thì năng lượng (E)
càng cao và ngược lại.
c: vận tốc ánh sáng trong chân không, c = 3.108 m/s)
→ (*)

15. CHƯƠNG II: PHỔ TỬ NGOẠI – KHẢ KIẾN

16. HỆ THỐNG MÁY QUANG PHỔ TỬ NGOẠI
KHẢ KIẾN

17. 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
được gọi là phổ tử ngoại – khả kiến (UV-Vis).

18. 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.

19. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MÁY UV-Vis:
Nguồn
bức xạ
Mẫu
Bộ phận tán
sắc
khe Đầu dò

20. Độ hấp thu A = lg(Io/I) = ɛlC
A: độ hấp thu (mật độ quang)
I: cường độ chùm sáng đi qua dung dịch
Io: cường độ chùm sáng đi qua dung môi
C: nồng độ chất tan (mol/l)
l: bề dày cuvet đựng mẫu (cm)
ɛ: hệ số hấp thụ mol đặc trưng cho cường độ hấp thu
của chất nghiên cứu ở bước sóng đã cho.
Phổ UV: đường cong sự phụ thuộc của độ hấp thu A
vào bước sóng (λ) hay số sóng (ν)

21. Dung môi đo phổ UV: không hấp thụ bước sóng ở
vùng cần đo, độ tinh khiết cao.
Thường: MeOH, EtOH, H2O, n-hexan, cyclohexan

22. SỰ HẤP THU BỨC XẠ CỦA CÁC HỢP CHẤT
HỮU CƠ
Thuyết cổ điển O.Vit (1876): màu sắc do một số nhóm
nguyên tử gọi là nhóm mang màu (chromophore) gây
nên.
Nhóm mang màu: -N=O, -NO2, -N=N-, >C=O, >C=C<
Nhóm trợ màu: SH, NH2, OH,…

23. 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 đại hấp thu về phía bước sóng dài
hơn (chuyển dịch đỏ), nhóm trợ màu gây ảnh hưởng
đến nhóm mang màu nhờ hiệu ứng liên hợp.

26. Nhóm trợ màu yếu
(-CH3, -Cl, -OCH3) , nhóm
tăng sự liên hợp (-CH=CH2,
-C(=O)-R, -NO2) và nhóm
trợ màu có sự hấp thụ phụ
thuộc pH (-NH2 and -OH)

27. -Sự hấp thu bức xạ của các hợp chất vô cơ
-Sự hấp thu bức xạ của các phức chất

28. ỨNG DỤNG CỦA PHƯƠNG PHÁP PHỔ UV-VIS
1- Kiểm tra độ tinh khiết: vết tạp chất trong hợp chất
hữu cơ tinh khiết trong suốt (VD: benzen trong ethanol
tuyệt đối)
Độ tinh khiết: đặc trưng bởi giá trị cường độ hấp thụ ở
một bước sóng xác định hoặc bởi tỉ số cường độ hấp
thu ở hai bước sóng khác nhau. Mẫu chuẩn: tinh chế
đến giá trị ɛ không thay đổi.

29. ỨNG DỤNG CỦA PHƯƠNG PHÁP PHỔ UV-VIS
2- Nhận biết chất và nghiên cứu cấu trúc: so sánh
phổ với mẫu chuẩn, xác định các nhóm mang màu qua
các vùng hấp thụ đặc trưng.
VD: 250-300nm: C=O, C=N, C=S,…
220-350nm: chất có chứa trong phân tử hai nối
đôi liên hợp

30. ỨNG DỤNG CỦA PHƯƠNG PHÁP PHỔ UV-VIS
3- Phân tích hỗn hợp : HPLC, GC sử dụng đầu dò UV
 Thêi gian l- u, ti (phót)
H×
nh 54. S¾
c®å ®Óph©
n tÝ
ch § T c¸ cVitamin A
(a)- S¾
c ®
å 4 chÊ
t chuÈ
n. (b)- S¾
c ®
å mÉ
u PT.
Nh- vË
y mÉ
u PT chØ
cã 2 thµnh phÇ
n lµ:
sè 2 (Retinol) vµsè 4 (Retinyl Palmitat).

31. 4- Nghiên cứu phản ứng hóa học: theo dõi sự biến
đổi nồng độ sản phẩm/chất đầu theo thời gian, phát
hiện sản phẩm trung gian kém bền…
5- Nghiên cứu phức chất trong dung dịch