Infračervená spektroskopie
Přihlásit se
Infračervená spektroskopie (4/9) · 13:02

Infračervená spektra uhlovodíků Jak můžeme rozpoznat infračervená spektra alkanů, alkenů a alkynů? Ukážeme si to na konkrétních příkladech.

Navazuje na Spektrofotometrie.
Už jsme se dívali na vazbu uhlík-vodík a v minulém videu jsme si vypočítali přibližný vlnočet, ve kterém bychom měli očekávat, že se objeví valenční vibrace vazby uhlík-vodík v našem IR spektru. A dostali jsme hodnotu vlnočetu lehce přes 3000. Přesto, vlnočet závisí na hybridizovaném stavu tohoto uhlíku. Pojďme se podívat na příklady. Podívejme se na příklad, kde uhlík je v sp hybridizaci. Víme, že toto je uhlík v sp hybridizaci, protože zde máme trojnou vazbu. Mluvíme tedy o vazbě uhlík-vodík, kde je uhlík sp hybridizovaný. Signál valenční vibrace této vazby uhlík-vodík se ukazuje okolo vlnočtu 3300. Pokud se podíváme na další příklad, tak máme uhlík, který má dvojnou vazbu, musí tedy mít hybridizaci sp². Mluvíme o vazbě uhlík-vodík, kde uhlík je v hybridizaci sp². Signál valenční vibrace této vazby uhlík-vodík se ukazuje okolo vlnočtu 3100. A nakonec, když se podíváme na situaci, kde máme pouze jednoduchou vazbu uhlíku, bavíme se zde o uhlíku v sp³ hybridizaci, tudíž hovoříme o vazbě uhlík-vodík, kde uhlík je v sp³ hybridizaci. Signál valenční vibrace této vazby uhlík-vodík se ukazuje okolo vlnočtu 2900. Jak ale vysvětlíme tyto rozdílné vlnočty, i když se jedná o vazby uhlík-vodík? Potřebujeme zapřemýšlet o hybridizaci. Udělejme to. Pokud se podíváme na sp hybridizovaný uhlík, vzpomeňte si, že to znamená, že uhlík má 2 sp hybridní orbitaly. A sp hybridizovaný orbital má větší charakter s, než všechny ostatní orbitaly, o kterých jsme se bavili. Takže 50 procent vlastností 's', pokud si na to vzpomínáte z videí o hybridizaci. Tedy 50 procent 's' vlastností sp hybridizovaného orbitalu. Pro sp² hybridizovaný orbital je to okolo 33 procent 's' vlastností. A konečně pro sp³ hybridizovaný orbital je to okolo 25 procent 's' vlastností. Vraťme se zpět k sp hybridizovanému uhlíku, sp hybridizovaný orbital má 50 procent 's' vlastností. To znamená... vzpomeňte co to znamená. Elektronová hustota je blíže jádru. Pokud je to tento případ, pak se bavíme o této vazbě. Tato vazba je nejkratší vazbou, protože elektronová hustota je blíže jádru. Máte více 's' vlastností. A pokud je to nejkratší vazba, musí být nejsilnější vazbou z těchto 3, o kterých mluvíme. Takže tato vazba uhlík-vodík, kde uhlík je sp hybridizovaný, je silnější než vazba uhlík-vodík, kde uhlík je sp² hybridizovaný. Tato vazba má více vlastností 's' než tato, takže tato vazba je silnější. Tento pořádek vazeb vysvětluje vlnočet, protože, pokud si vzpomenete na předchozí video, síla vazby ovlivňuje konstantu síly neboli konstantu pružiny 'k'. Proto jakmile zesílíte vazbu, zvýšíte 'k' a viděli jsme, že zvýšené 'k' zvýšilo frekvenci i vlnočet. Takže toto zvýší frekvenci vibrací vazby, či zvýší vlnočet, kde byste nalezli signál ve vašem IR spektru. A jestliže toto je nejsilnější vazba, pak toto je nejvyšší hodnota vlnočtu, tudíž najdeme tento signál více vlevo, když se podíváme na naše IR spektrum. Takže, když rozumíme této myšlence, tak přejdeme k hybridizaci. Můžeme se podívat na IR spektrum uhlovodíků a zanalyzovat je. Pojďme na to. Nejprve srovnejme alkany a alkyny. Pojďme dolů a podívejme se na spektra. Přesuneme se zde dolů a můžeme se podívat na dvě IR spektra. První patří této molekule, což je dekan. Doufám, že tu mám nakreslené správné množství uhlíků. Druhý je 1-oktyn s trojnou vazbou v molekule. Srovnejme tyto dva, popřemýšlejte o rozdílech. Jedna z věcí, které někdy pomohou je nakreslit si přímku okolo 3000. Nakreslím přímku okolo 3000. Nakreslím ji pro oba. Nakreslím ji okolo 3000 pro oba, abychom mohli srovnávat obě spektra. Dobrá, víme, že vazba uhlík-vodík ...napíši to zde... vazba uhlík-vodík, kde uhlík je ve sp³ hybridizaci, takže signál valenční vibrace se objeví pod 3000. To je důvod, proč je dobré nakreslit přímku okolo 3000. To je to o čem mluvíme, když se bavíme o tomto komplikovaném pohledu na věc. Nemarněte svůj čas na analýzu tohoto ve velkém detailu a samozřejmě, že moje kresba také není perfektní, ale myslete na oblast pod 3000, kde můžete očekávat nalezení svého signálu vazby uhlík-vodík, když se bavíme o sp³ hybridizovaném uhlíku. A to jsou jediné typy uhlíku, které máme v dekanu. Pokud porovnáme oblast charakteristických vibrací s oblastí otisků prstů, tedy pokud nakreslím přímku zde k oddělení obou oblastí, v oblasti charakteristických vibrací, vše co máme je toto. Vše o čem přemýšlíme je uhlík-vodík, kde uhlík je v sp³ hybridizaci. Velmi jednoduché spektrum k analýze. Přesuneme se k 1-oktynu, takže se díváme na spektrum tady dole. Vidíme ten samý druh věcí, protože očividně máme v této molekule uhlík-vodík v sp³ hybridizaci. To vám ve skutečnosti moc nepomůže, když analyzujete spektra, ale je užitečné vědět, na co se díváte, když kreslíte přímku okolo 3000 a pomyslete na to, co představuje. Jakmile nakreslíte přímku okolo 3000, dovolí vám to vidět určité rozdíly. Například tento signál zde, pokud se podíváme dolů, vidíme, že je blízko 3300, toto bude 3100, 3200, 3300. Vlnočet zhruba 3300. A my víme, co signál reprezentuje. Půjdeme zpět nahoru, podíváme se na 3300, tedy tam, kde očekáváme, že uvidíme valenční vibraci vazby uhlík-vodík, kde je uhlík v sp hybridizaci. To je to na co se díváme zde. Pojďme dolů a podívejme se na vzorec a zkusme vyřešit, co to znamená pro tento vzorec. Tento signál musí být vazba uhlík-vodík, kde uhlík je v sp hybridizaci. A to by mělo být právě zde. Tady máme uhlík a vodík je zde. Máme také uhlík zde, což vám dá vašich 8 uhlíků. A tato vazba...zvýrazním ji zde... takže tato vazba uhlík-vodík, kde uhlík je v sp hybridizaci, to je tento signál v našem IR spektru. Znovu, toto je užitečné pro analyzování. Dobrá, máme zde něco dalšího, co se ukazuje v oblasti charakteristických vibrací tohoto alkynu, a to je tento signál. Když se podíváme dolů, jaký je vlnočet, ve kterém se ukázal signál? Vlnočet je okolo 2100, zhruba 2100 ...možná o kousek výš. A toto je valenční vibrace trojné vazby uhlíku, toto je vibrace trojné vazby uhlík-uhlík, o které jsme mluvili v dřívějším videu. Toto je zhruba oblast trojné vazby, když se díváte na své spektrum. Samozřejmě, máme jednu. Mluvíme přeci o alkynu. Doufám, že vám to ukáže rozdíly a znovu připomínám, že oblast otisků prstů je unikátní pro každou z těchto molekul. Toto vám ukáže rozdíly a pomůže vám to myslet na to, jak analyzovat vaše IR spektrum. Podívejme se na další dvě. Momentálně se podívejme na toto a srovnejme tyto dvě. Nyní máme spektrum pro alken. Konkrétně to je 1-hexen a podívejte, zda ho můžeme zanalyzovat. Takže uděláme tu stejnou věc, a to, že nakreslíme přímku okolo 1500, Nakreslíme přímku okolo 3000 a jdeme analyzovat. Víme, o čem to vypovídá, víme, že mluvíme o vazbě uhlík-vodík, kde je uhlík v sp³ hybridizaci. Ale co tento signál zde? Podíváme se dolů... a signál je celkem blízko 3100. Tento signál je zhruba 3100. A my víme, co musí reprezentovat. Je to vazba uhlík-vodík, kde je uhlík v sp² hybridizaci, tato vibrace se vyskytuje při této frekvenci nebo tomto vlnočtu a tak víme, že musí být přítomný uhlík v sp² hybridizaci a zřejmě s dvojnou vazbou, takže víme, že máme uhlík v sp² hybridizaci. Poznamenejte si rozdíl mezi tímto a tímto, o kterých jsme mluvili. Zvýrazním to zde. Tento signál se ukáže okolo 3100. Nakreslím zde přímku a vidíme tento signál v 3300. Je užitečné popřemýšlet o tom, jak vám to pomůže odlišit IR spektra, když nakreslíte přímku zde a přemýšlet o tom, kde je vlnočet. A při kterém vlnočtu se objeví signál? Máme zde ještě něco dalšího, co se ukázalo tady, zakreslím to zde. Co je to? Co je tento objekt zde? Vypadá to jako docela zřejmý signál. Podíváme se dolů a zhruba zkontrolujeme, kde se ukázal. Jaký je vlnočet? Dobrá, toto je 1500, toto 1600, toto 1700, a to je trochu... ...to je něco mezi, zhruba okolo 1650. A v dřívějším videu jsme řekli, že jsem v oblasti dvojné vazby. Tento signál zde je valenční vibrace dvojné vazby uhlík-uhlík. A očividně se v naší molekule nachází dvojná vazba. A znovu, při srovnání těchto dvou spekter si vzpomeňte, že jsme mluvili o tom, že trojná vazba vibruje rychleji než dvojná vazba. A signál je odlišný. Trojná vazba vibruje rychleji, takže má vyšší vlnočet, dvojná vazba nevibruje tak rychle, proto má nižší vlnočet. Toto jsou důležité věci k přemýšlení. Nakonec srovnejme tento alken s arenem zde. Podívejme se na toluen. Dobrá, pokud uděláme tu stejnou věc, čili nakreslíme přímku okolo 3000, někde kolem 3000. A víme, že toto je pod 3000, takže se musíme bavit o vazbě uhlík-vodík, kde uhlík je v sp³ hybridizaci. Je to valenční vibrace vazby uhlík-vodík, kde uhlík je v sp³ hybridizaci. Uhlík zde v toluenu...toto je toluen...ten uhlík je v sp³ hybridizaci, což má smysl. Máme zde malý pík, tento malý signál, který je trochu výše než 3000 a docela blízko 3100. A víme, že je to zhruba tam, kde bychom našli vibraci vazby uhlík-vodík, kde uhlík je v sp² hybridizaci. Někde okolo 3100. A toto dělá...nejprve pouvažujte: „Jak povyprávíme o tomto aparátu?" Je to velmi podobné této situaci. A vypadá to velmi podobně tomuto. Občas to může být ošidné, dívat se jen na část vašeho spektra. Pojďme popřemýšlet o oblasti dvojných vazeb. Oblast dvojných vazeb nahoře, to je tam... to je 1600, to je pro tento. Nakreslím přímku zde dolů a zkusím spojit 1600 zde takto. Podívejme, co se stalo. Zde je signál pro dvojnou vazbu uhlík-uhlík a když mluvíte o vibraci aromatické dvojné vazby uhlík-uhlík, ukáže se níže než je vlnočet 1600. A zde to vypadá, že máme 2 signály, což záleží na druhu sloučeniny, kterou se zabýváte. Ale můžeme pozorovat, že se objeví níže. Obvykle je to někde mezi 1600 až 1450. Ale tady mluvíme o vibraci dvojné vazby uhlík-uhlík. Je zde však jemná věc, která vás může navést na řešení, jako tato zde. Nevidíme ji v tomto spektru. A pak, tady dole, ji taky postrádáme. Je to způsob, který ale přesahuje možnosti tohoto videa a je to o něco víc, než jsme se bavili, takže to bude muset být v jiném videu. Ale jsou zde jemné rozdíly a nejjednodušší způsob, jak o tom přemýšlet je zamyslet se nad faktem, že tato dvojná vazba uhlík-uhlík se vyskytuje při nižším vlnočtu, než je ten, o kterém jsme hovořili zde. Jen se podívejte na čiré množství signálu a občas vás to navede ke skutečnosti, že se potýkáte s benzenovým kruhem, jako u toluenu. Toto zahrnuje pouze rychlý náhled do pohledu na IR spektra uhlovodíků.
video