Характеристические частоты функциональных групп в органических соединениях

Число характеристических полос поглощения атомных групп, их интенсивность и положение максимумов, наблюдаемых на ИК спектрах, дают представление о строении индивидуального соединения или о компонентном составе сложных веществ. Интенсивность полосы поглощения определяется величиной, численно равной энергии, которую поглощают атомные или функциональные группы образца при прохождении через них ИК лучей. Важным диагностическим показателем полос поглощения является величина пропускания. Данный показатель и концентрация вещества в снимаемом объекте связаны обратной пропорциональной зависимостью, что используется для количественных определений содержания отдельных компонентов.

Часто бывает сложно представить многие характеристические колебания сложных функциональных групп в виде совокупности простых валентных и деформационных колебаний. Однако химик – практик должен быть знаком с частотами типичных функциональных групп и пользоваться ими при анализе строения молекулы. При этом необходимо иметь в виду, что положение полосы поглощения конкретной функциональной группы может быть «скорректировано» влиянием других структурных фрагментов молекул.

Алкильные группы

Наиболее важными для идентификации алкильных фрагментов (группы СН₃, СН₂) являются полосы поглощения, обусловленные валентными и деформационными колебаниями связи С–Н.

Валентные колебания связи С–Н алкильных фрагментов обнаруживаются в области 3000–2840 см^–1.

Валентные колебания связей С_sp³–Н, как правило, наблюдаются ниже 3000 см^–1, в то время как валентные колебания связей С_sp²–Н и С_sp–Н лежат выше 3000 см^–1.

Валентные колебания метильных групп (СН₃) наблюдаются в виде двух полос поглощения при 2962 и 2872 см^–1. Первая – результат антисимметричного валентного колебания, в котором две связи С–Н метильной группы растягиваются, в то время как третья сжимается.

Вторая полоса обусловлена симметричными валентными колебаниями, когда все три связи С–Н растягиваются или сжимаются в фазе. Наличие нескольких метильных групп приводит к увеличению интенсивности соответствующих полос.

Валентные колебания метиленовых групп (СН₂) также наблюдаются в виде двух полос поглощения (2962 и 2853 см^–1), обусловленных антисимметричными и симметричными валентными колебаниями.

В метильной группе могут проявляться два деформационных колебания: симметричное деформационное колебание, проявляющееся около 1375 см^–1, и антисимметричное деформационное колебание– в области 1450 см^–1 (рис. 5).

(1) (2)

Рис.5. Симметричное деформационное колебание в метильной группе (1); антисимметричное деформационное колебание в метильной группе (2)

Поглощение при 1375 см^–1 является важным критерием подтверждения строения. Оно отсутствует в спектрах соединений, не содержащих метильной группы.

В метиленовой группе наблюдается четыре типа деформационных колебаний (ножничные, веерные, маятниковые, крутильные) (рис. 6).

Рис.6. Формы колебаний группы СН2. Знаки «+» и «–» обозначают движение атомов перпендикулярно плоскости страницы

При этом наиболее информативным является поглощение в области 1465 см^–1, обусловленное ножничным деформационным колебанием (рис. 7).

Рис.7. ИК–спектр додекана

Алкеновые группы

Связи С=С всех обычных алкенов поглощают в области 1650 – 2000 см^–1. Это среднее по интенсивности поглощение почти нечувствительно к замещению, и поэтому его аналитическое значение невелико.

Наиболее надежным для установления алкенового фрагмента в структуре молекулы является поглощение, обусловленное валентными и деформационными колебаниями связи (=С–Н).

Частота валентных колебаний =С–Н наблюдается при 3010–3095 см^–1, причем значение ν=С–Н определяется степенью замещения при двойной связи.

Для соединений, имеющих в структуре фрагмент =СНR характерно колебание с ν = 3040–3010 см^–1. Для группы =СН₂ появляется колебание с частотой 3095–3075 см^–1.

Наиболее харктерными типами колебаний алкенов являются внеплоскостные деформационные колебания С–Н в области 1000–650 см^–1.

Самыми надежными являются полосы винильной, винилдиеновой групп, а также транс–дизамещенных алкенов. В алленовых структурах наблюдается сильная полоса поглощения, около 850 см^–1 относящаяся к веерным колебаниям группы (=СН₂).