BÀI BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT HÓA HỮU CƠ PHỔ HỒNG NGOẠI IR VÀ SỬ DỤNG PHỔ ĐỂ CẤU TRÚC

1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH
LỚP CAO HỌC LL&PPDH HÓA HỌC – K23
BÀI BÁO CÁO
Chuyên đề: CƠ SỞ LÝ THUYẾT HÓA HỮU CƠ
Đề tài
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Tiến Công
Học viên:KHAMMANY Sengsy
Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 3 năm 2013

2. 1. Nguyễn Hữu Đĩnh, Trần Thị Đà, Ứng dụng một số phương
pháp phổ nghiên cứu cấu trúc phân tử, NXB Giáo Dục, 1999.
2. Nguyễn Hữu Đĩnh, Đỗ Đình Rãng, Hóa học hữu cơ 1, NXB
Giáo Dục, 2003
3. Nguyễn Tiến Công, Phương pháp phổ nghiên cứu cấu trúc,
Khoa Hoá ĐHSP TP Hồ Chí Minh, 2008.
4. Nguyễn Đình Triệu, Các phương pháp vật lý ứng dụng trong
hóa học, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội

3. Chương 1: Khái quát chung phổ hồng ngoại IR.
1.1. Lý huyết chung
1.2. Sóng điện từ
1.3. Định luật hấp thụ ánh sáng
1.4. Nguyên nhân phát sinh phổ hồng ngoại
1.5. Sự dao động của phân tử
1.6. Dao động nhóm
1.7. Tần số đặc trưng nhóm
1.8. Mô tả phổ hồng ngoại
1.9. Phương pháp nghiên cứu phổ hồng ngoại
Chương 2:sư dụng phở hồngngoại IR để cấu trúc.
2.1. Ứng dụng
2.2. Hạn chế
2.3. phô IR của cac hop chat huu co

4. Chương 1: Khái quát chung phổ hồng ngoại IR.

5. Khái quát chung phổ hồng ngoại IR.

6. Khái quát chung phổ hồng ngoại IR.

7. Khái quát chung phổ hồng ngoại IR.

8. 1.2 Sóng điện từ
Khái quát chung phổ hồng ngoại IR.
Sóng điện từ được tạo thành từ dao động của photon.
_
hc
E hv hcv

= = =
+ h: hằng số Plank, h = 6,625.10-34 J.s
+ λ: bước sóng; đơn vị là Å, nm, μ (micron), mμ, cm, m…
+ c là tốc độ ánh sáng (trong chân không c = 2,99.1010 m/s).
+ ν: tần số, đơn vị là Hz (Hertz)
+ : số sóng, đơn vị là cm-1
_
v

9. Khái quát chung phổ hồng ngoại IR.
1.3. Định luật hấp thụ ánh sáng (Định luật Lambert – Beer)
Khi chiếu một chùm tia đơn sắc (có bước sóng λ xác định)
đi qua mẫu chất nghiên cứu thì cường độ của tia sáng ban đầu
I0 sẽ bị giảm đi chỉ còn I
0
I
lg εCl D
I
= =
D: mật độ quang
C: nồng độ dd chất hấp thụ (mol/l)
l: chiều dầy lớp dd (cm)
ε: hệ số hấp thụ mol đặc trưng cho từng chất.

13.  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 đó là các thông tin về
cấu trúc của các phân tử

14.  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.

15. Khái quát chung phổ hồng ngoại IR
1.4. Nguyên nhân phát sinh phổ hồng ngoại
- Các nguyên tử trong phân tử luôn ở trạng thái dao động không
ngừng.
- Khi hấp thụ năng lượng, phân tử sẽ chuyển từ trạng thái dao động
thấp (trạng thái cơ bản) lên các trạng thái dao động cao hơn.
- Như vậy, nguyên nhân phát sinh các vân phổ hồng ngoại chính là
do sự chuyển mức dao động của phân tử dưới tác dụng của bức xạ
hồng ngoại. Vì vậy, phổ hấp thụ hồng ngoại còn được gọi là phổ
dao động.
- 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.
- Mỗi dao động ứng với một vân phổ trên phổ đồ.

16. Khái quát chung phổ hồng ngoại IR
1.5. Sự dao động của phân tử
Khi hấp thụ các bức xạ điện từ trong vùng hồng ngoại sẽ dẫn đến
sự dao động của phân tử. Có 2 loại dao động chính:
- Dao động hóa trị (kí hiệu ν) là những dao động giãn và
nén dọc theo trục liên kết làm thay đổi độ dài liên kết giữa 2
nguyên tử trong phân tử.
- Dao động biến dạng (kí hiệu δ) là những dao động làm thay
đổi góc giữa các liên kết.
Việc làm thay đổi góc liên kết thường dễ hơn làm thay đổi độ
dài liên kết. Vì vậy, năng lượng của dao động biến dạng (và do đó
tần số của nó) thường nhỏ hơn năng lượng của dao động hóa trị.
Mỗi kiểu dao động lại gồm dao động đối xứng và dao động bất
đối xứng.

17. Khái quát chung phổ hồng ngoại IR
Số lượng các dao động riêng của phân tử phụ thuộc vào số
lượng các nguyên tử trong phân tử và cấu trúc phân tử. Một phân tử
có N nguyên tử thì tổng số các dao động riêng sẽ là:
- Đối với các phân tử có cấu trúc thẳng : 3N – 5
- Đối với các phân tử có cấu trúc không thẳng: 3N – 6
Ví dụ: - CO2 có cấu trúc thẳng, có 3 nguyên tử nên số dao động riêng
của nó là 3.3 – 5 = 4
- H2O không thẳng, có 3 nguyên tử nên số dao động riêng của
nó là 3.3 – 6 = 3
1.5. Sự dao động của phân tử

18. Khái quát chung phổ hồng ngoại IR.

19. Khái quát chung phổ hồng ngoại IR
- Đối với các phân tử phức tạp nhiều nguyên tử, số dao
động tăng lên rất nhiều.
Ví dụ: CH3CHO có 7 nguyên tử, vậy sẽ có 3.7 – 6 = 15 dđ
- Các dao động trong phân tử lại tương tác với nhau làm
biến đổi lẫn nhau nên không còn tương ứng với tần số của
những dao động cơ bản nữa. Vì thế, thay cho việc phân tích tỉ
mỉ tất cả các dao động cơ bản, người ta đưa vào quan niệm
dao động nhóm.
- Quan niệm này xem sự dao động của các nhóm chức độc
lập với các dao động khác trong toàn phân tử.
1.6. Dao động nhóm

20. Dao động của nhóm metylen

21. Khái quát chung phổ hồng ngoại IR
1.7. Tần số đặc trưng nhóm
- Theo quan điểm dao động nhóm, các nhóm nguyên tử giống
nhau trong các phân tử khác nhau sẽ thể hiện dao động tổ hợp
của chúng ở những khoảng tần số giống nhau và gọi là tần số
đặc trưng nhóm.
- Đối với các nhà hóa hữu cơ quan trọng nhất là vùng 650-
4000 cm-1. Vùng này lại được chia làm hai:
- Vùng nhóm chức (1500 – 4000 cm-1)
- Vùng “vân ngón tay” (<1500 cm-1)
- Biết được tần số dao động của một nhóm nguyên tử có thể
nhận ra sự có mặt của nhóm nguyên tử đó trong phân tử.

22. Vị trí hấp thụ của một số nhóm chức quan trọng

23. Khái quát chung phổ hồng ngoại IR
1.8. Mô tả phổ hồng ngoại
Vân phổ hồng ngoại có 3 đặc trưng cần được mô tả là:
- Vị trí của vân phổ: được chỉ bởi bước sóng hoặc số sóng
của đỉnh phổ (mũi cực đại của vân phổ).
- Cường độ của vân phổ: được đánh giá theo diện tích của vân
phổ: vân phổ càng rộng và càng cao thì có cường độ càng lớn
và thường được đánh giá theo 3 mức độ: mạnh (m), trung bình
(tb) và yếu (y).
- Hình dáng vân phổ: để mô tả vân phổ hồng ngoại, người ta
cần chỉ rõ đó là vân phổ rộng (tù) hay hẹp (mảnh), chỉ có một
đỉnh phổ hay nhiều đỉnh phổ

_


24. Khái quát chung phổ hồng ngoại IR.
Đối với phổ hồng ngoại, trục thẳng đứng biểu thị phần
trăm độ truyền qua, trục nằm ngang biểu thị .



25. Đối với phổ hồng ngoại, trục thẳng đứng biểu thị % độ hấp thụ A, trục nằm
ngang biểu thị



26. Khái quát chung phổ hồng ngoại IR
1.9. Phương pháp nghiên cứu phổ hồng ngoại
Khi nghiên cứu phổ hồng ngoại, chúng ta cần tập trung
quan sát và đánh giá về vị trí, hình dạng (vân đơn hay đôi), độ
tập trung (sắc nét hay tù, rộng) và cường độ vân hấp thụ; từ đó
tìm ra mối liên quan với một nhóm chức nào đó. Để làm được
điều này, ta chia phổ hồng ngoại thành một số vùng khác nhau
và tìm kiếm trên mỗi vùng những nét đặc trưng của một loại
nhóm chức nào đó.

27. Kieåm tra vuøng taàn soá > 2500cm-1 Chuyeån sang
böôùc 2
Khoâng coù haáp thuï
Ñaùm vaân traûi roäng töø 2500-3500cm-1
Vaân saéc neùt ôû gaàn 2720cm-1
Ñaùm vaân saéc neùt ôû 2700 -
3000cm-1
Ñaùm vaân saéc neùt ôû 3000 - 3100cm-1
Caùc vaân ôû vuøng 3200 - 3600cm-1
Coù theå coù nhoùm –CHO. Kieåm tra vaø
tìm nhoùm C=O ôû gaàn 1720cm-1
Dao ñoäng hoùa trò C – H
(CH, CH2, CH3)
Dao ñoäng hoùa trò C – H cuûa anken
hay aren
-OH; -NHhay -CC – H:
-OH cuûa ancol hay phenol
thöôøng laø 1 ñaùm vaân coù
cöôøng ñoä maïnh;
-NH thöôøng laø vaân ñôn, cöôøng
ñoä trung bình;
-NH2 thöôøng laø vaân ñoâi,
cöôøng ñoä trung bình;
-CC – H: vaân saéc nhoïn- Kieåm
tra tìm nhoùm -CC- ôû gaàn
2100cm-1.
Thaáyï
Thaáy
Coù haáp thuï
Khoâng thaáy
Khoâng thaáy
Khoâng thaáy
Khoâng thaáy
Khoâng thaáy
Coù theå coù nhoùm –COOH. Kieåm
tra vaø tìm nhoùm C=O ôû 1700-
1760cm-1
Chuyeån sang
böôùc 2
Thaáy
Thaáy
Thaáy
BƯỚC 1

28. BƯỚC 2
Kieåm tra vuøng 1500-2500cm-1
Chuyeån sang
böôùc 3
Khoâng coù
haáp thuï
Caùc vaân ôû vuøng 2100-2300cm-1
Vaân coù cöôøng ñoä maïnh
ôû
1660-1770cm-1
Caùc vaân cöôøng ñoä trung
bình ôû 1500-1600cm-1
Ñaùm vaân saéc neùt, cöôøng
ñoä trung bình ôû 1640-1670cm-1
Dao ñoäng hoùa trò C = O
Voøng thôm hay lieân keát N – H
(kieåm tra vuøng > 2500cm-1).
Anken
Khoâng
thaáy
Coù haáp thuï
Khoâng thaáy
Khoâng
thaáy
Khoâng thaáy
Thaáy
Chuyeån
sang böôùc
3
Thaáy
Thaáy
Thaáy
Coù theå coù nhoùm CC hay
CN

29. BƯỚC 3
Kieåm tra vuøng 1100-1500cm-1 Chuyeån sang
böôùc 4
Khoâng coù haáp
thuï
Caùc baêng maïnh ôû
vuøng
1050-1300cm-1
Vaân saéc neùt cöôøng ñoä
trung bình ôû gaàn 1375cm-1
Vaân saéc neùt, cöôøng ñoä
trung bình ôû gaàn 1450cm-1
Chuyeån sang
böôùc 2
Dao ñoäng hoùa trò
C – C; C – O hay C – N
Nhoùm – CH2- hay -CH3
Thaáyï
Thaáy
Thaáyï
Khoâng
thaáy
Coù haáp thuï
Khoâng
thaáy
Khoâng
thaáy
Nhoùm -CH3

30. BƯỚC 4
Kieåm tra vuøng < 900cm-1
Vaân saéc neùt ôû gaàn
720cm-1
Caùc baêng saéc neùt khaùc öùng vôùi
lieân keát C – Cl; anken hay voøng thôm
Nhaân thôm coù 1 nhoùm theá:
710-690cm-1; 770-730cm-1
Hai nhoùm theá ôû vò trí 1,2: 770-735cm-1
Hai nhoùm theá ôû vò trí 1,3: 735-680cm-1; 810-750cm-1
Hai nhoùm theá ôû vò trí 1,4: 860-800cm-1
Toùm taét
keát quûa
Keát thuùc
Toùm taét
keát quûa
Nhoùm
–CH3
Khoâng coù haáp
thuï
Coù haáp
thuï
Khoâng coù haáp
thuï
Coù haáp thuï
maïnh
Khoâng
coù haáp
thuï
Coù haáp
thuï

31. N-H
C=O
Phổ IR của hợp chất (m-tolyloxy)axetohiđrazit
(3315-3203)
(3041)
(2917)
(1663) (1259-1178)
C-H thơm
C-H no
C=C thơm (1600-1495)
=C-O-C
OCH2CONHNH2
H3C

32. Phổ hồng ngoại của 3-(4-pyriđyl)-1-p-tolyl-prop-2-en-1-on (T1)
CH3
N
CH CH C
O
νC-H thơm, 3041cm-1
νC-H no, 2919; 2976cm-1
νC=O, 1661cm-1
νC=C, 1589cm-1
γCH trans, 989cm-1

33. Chương 2:sư dụng phở hồng ngoại IR để cấu trúc.
2.1. Ứng dụng của phổ hồng ngoại
 Nhận biết các chất
- Trong nhiều trường hợp, việc đọc phổ và tìm các tần số đặc trưng chỉ
có thể giúp ta đoán được loại hợp chất và kiểu liên kết nhưng không đủ để
nhận biết một cách toàn diện về chất nghiên cứu.
- Cũng cần tránh khuynh hướng cố gắng giải và gán cho mọi đám phổ
quan sát thấy, nhất là các đám phổ vừa và yếu trong vùng “vân ngón tay”.
- Mỗi khi phát hiện một loại chất, người ta so sánh phổ của chất đó với
phổ của chất tinh khiết tương ứng để có thể nhận diện chúng.
 Xác định độ tinh khiết
- Khi chất không tinh khiết thì thường độ rõ nét của đám phổ riêng biệt
bị giảm.
- Khi tạp chất có sự hấp thụ mạnh IR mà ở đó chất chính không hấp thụ
hoặc hấp thụ yếu thì việc xác định rất thuận lợi.

34.  2.1. Ứng dụng của phổ hồng ngoại
 Suy đoán về tính đối xứng của phân tử
Ví dụ: xem xét NO2 có cấu tạo thẳng hàng hay không? Thực tế cho thấy
NO2 cho 3 đám hấp thụ, không giống như CO2 (phân tử thẳng hàng) chỉ có
2 đám hấp thụ. Vậy có thể kết luận NO2 có cấu tạo không thẳng hàng.
 Phân tích định lượng
Dựa vào định luật cơ bản Lambert – Beer, có 2 phương pháp xác định độ
hấp thụ A
- Phương pháp đường chuẩn
- Phương pháp đường nền

35. sư dụng phở hồng ngoại IR để cấu trúc.
2.2. Hạn chế của phổ hồng ngoại
- Phương pháp phổ hồng ngoại không cho biết phân tử lượng.
- Nói chung phổ hồng ngoại không cung cấp thông tin về vị trí
tương đối của các nhóm chức khác nhau trong cùng một phân
tử.
- Chỉ dùng phổ hồng ngoại thì đôi khi chưa thể biết đó là chất
nguyên chất hay hỗn hợp vì có trường hợp 2 chất có phổ hồng
ngoại giống nhau.
- Để xác định chính xác CTCT của một chất thì phải kết hợp
thêm các phương pháp phổ khác như MS, NMR, UV…

49. Alken
sư dụng phở hồng ngoại IR để cấu trúc.
Anken
= CH2 3095 - 3075 trung bình
mũi nhọn, đáy hẹp, đôi khi bị che phủ bởi vân − CH no
= CH 3040 - 3010 trung bình
C = C
(không liên
hợp)
1680 - 1620 biến đổi mũi nhọn, đáy hẹp, thường trung bình hoặc yếu và rất
yếu khi gần đốixứng
2
CH
=
νC=C
γ=CH

55. Alkyne
sư dụng phở hồng ngoại IR để cấu trúc.
Ankin
 CH ~ 3300 mạnh mũi nhọn, đáy hẹp
C  C
(đầu mạch) 2150 – 2100 yếu mũi nhọn, đáy hẹp
CH

C C
 

72. Andehit
νC=O
νC(O) – H
1680 – 1800
~ 2720
mạnh
tb
nhọn, đáy hẹp

75. sư dụng phở hồng ngoại IR để cấu trúc.
Axit cacboxylic
νO – H
νC = O

79. Amin
- NH2
>NH
3500 - 3400
3450 - 3300
trung bình bầu, đáy rộng, thường cho vân đôi
bầu, đáy rộng, thường cho vân đơn.
Amin thơm cao hơn amin béo.

84. 84

85. 85