Infračervená spektroskopie
Přihlásit se
Infračervená spektroskopie (7/9) · 11:02

Symetrická a antisymetrická vibrace Vibrace vazeb může probíhat symetricky či antisymetricky. Jak se to projeví na IČ spektru si ukážeme na primárních aminech a anhydridech kyselin.

Navazuje na Spektrofotometrie.
Předtím, než se podíváme na symetrické a antisymetrické vibrace, podívejte se na IR spektum dibutylaminu. Tady je náš vzorec pro dibutylamin. Nakreslíme přímku okolo 3 000, vpravo od této přímky očekáváme signál vibrace vazby uhlík-vodík, přičemž se bavíme o sp³ hybridizovaném uhlíku. Toto je vazba v IR spektru v oblasti vodíkové vazby. A všimněte si, že zde máme ještě jiný signál, který má vyšší vlnočet než je vibrace vazby uhlík-vodík. Pokud půjdeme dolů, můžeme odhadnout vlnočet. Zhruba to bude 31, 32, 33. Zhruba okolo vlnočtu 3 300, dostaneme jiný signál, tedy vazbu jiného atomu s vodíkem. Je to vibrace vazby dusík-vodík, čili je to vibrace této vazby. Vazba dusík-vodík je zobrazena purpurově. Srovnejme pevnost této vazby s vazbou uhlík-vodík, kde uhlík je v sp³ hybridizaci. Z předchozího videa víme, že vlnočet je závislý na dvou věcech. Víme, že je závislý na silové konstantě 'k' nebo-li konstantě pružiny 'k' a redukované hmotnosti. Dobrá, redukovaná hmotnost obou vazeb je zhruba stejná. Pokud spočítáte redukovanou hmotnost vazby dusík-vodík a uhlík-vodík, dostanete prakticky stejnou hodnotu redukované hmotnosti. Takže redukovaná hmotnost není činitel ovlivňující vlnočet signálu. Musí to být konstanta síly. Musí to být 'k'. Jestliže vazba dusík-vodík vykazuje signál při vyšším vlnočtu, musí to znamenat, že je to silnější vazba. Protože zvýšením konstanty síly, zvýšíte pevnost vazby, a tím zvýšíte i vlnočet. Zvýšíte frekvenci. Takže je vazba dusík-vodík silnější než vazba uhlík-vodík, kde je uhlík v sp³ hybridizaci. A pokud je vazba silnější, bere si více energie aby mohla vibrovat. Pojďme si promluvit o energii. Energie je rovna h, což je Planckova konstanta, krát frekvence, takže pokud mluvíme o energii fotonu, tak je rovna h krát ný. A ný je naše frekvence, která je vztažena k vlnočtu. Frekvence je rovna vlnočet krát rychlost světla. Mluvili jsme o tom v minulém videu. Pokud to vezmete a vložíte sem, vidíte, že energie je přímo úměrná vlnočtu, což znamená, že E je rovno h krát vlnočet krát rychlost světla. A toto je jeden z důvodů, proč je IR spektrum zobrazeno s vlnočtem, protože můžete také uvažovat o energii. Pokud zvýšíte vlnočet, tak jeho zvýšením zvýšíte i energii. Pokud takto zvýšíte vlnočet, hovoříte zároveň i o zvýšení energie. Můžete nad tím uvažovat tak, že vazba potřebuje více energie, když je pevnější, aby se rozvibrovala. Vazba dusík-vodík potřebuje více energie, aby se rozvibrovala. Znovu uvažujme o vazbě jako o pružině. Pokud máte tuhou nebo silnou pružinu, potřebuje více energie, aby se rozvibrovala ve srovnání se slabší pružinou. Toto platí pro energii a typické IR spektrum sekundárního aminu. Dusík zde je vázán k dvěma uhlíkům, tudíž je to sekundární amin. V případě sekundárních aminů dostanete jeden signál zhruba okolo 3 300. Pojďme srovnat toto IR spektrum sekundárního aminu s jiným aminem, tímto primárním aminem. Srovnejme to s butylaminem. Zde je primární amin. Dusík je vázán k jednomu uhlíku, takže se teď bavíme o primárním aminu. A pojďme analyzovat IR spektrum. Znovu nakreslíme přímku okolo 3 000 a víme, že se bavíme o oblasti vibrace vazby uhlík-vodík sp³ hybridizovaného uhlíku. Znovu se podívejme přímo do oblasti vazby s vodíkem a znovu dostáváme dva signály, že? Pokud se podíváme zde, máme dva signály. Tento signál, podívejte dolů, je okolo 3 300, takže máme jeden signál okolo 3 300. A pak máme další signál... ...zvýrazním ho zeleně... Dostali jsme ještě jeden signál zde, který má o trochu vyšší vlnočet. Podívejme se dolů, tento signál je okolo 3 400. Víme, že zde můžeme očekávat vibraci vazby dusík-vodík. Dostaneme dva signály a potřebujeme zjistit, co jsou zač. Má to co dočinění se symetrickou a antisymetrickou vibrací. Podívejme se na dva obecné aminy a popovídejme si o rozdílu mezi symetrickou a antisymetrickou vibrací. Pokud máte symetrickou vibraci, tak tyto vazby vibrují ve fázi. Můžete pomyslet na odtahování vodíku od dusíku ve stejnou chvíli. Říká se tomu symetrická vibrace. Toto je symetrická vibrace. A toto zde, nakreslím co se zde děje. Tentokrát dvě vazby dusík-vodík vibrují mimo fázi. Pokud se vodík natahuje takto, tento vodík stahuje zde, což je antisymetrická vibrace. Napíši to zde. Bavíme se o antisymetrické vibraci. To je to, co se stalo. To je důvod, proč jsme dostali rozdílné signály. K symetrické vibraci je třeba méně energie. Pokud symetrická vibrace potřebuje méně energie, pak je to signál, který má nižší vlnočet. Vzpomeňte, vlnočet odpovídá energii. Takže symetrická vibrace spotřebuje méně energie, čili je to tento signál. Antisymetrická vibrace vyžaduje trochu více energie. A to je tento signál zde. Takže dostaneme dva různé signály pro náš primární amin. Dva signály, že? A svádí to k tomu říct: "Oh, dostali jsme dva signály, protože máme dvě vazby dusík-vodík. Tady je vazba dusík-vodík a zde je vazba dusík-vodík." To není však přesné. Některé z těchto molekul vibrují symetricky a některé z nich vibrují antisymetricky. A to je důvod, proč vidíte tyto dva signály. Znovu pojďme v rychlosti srovnat tyto dva různé aminy. Sekundární amin Vám dá pouze jeden signál v IR spektru, zatímco primární amin Vám dá dva signály, že? Tyto dva různé signály. Na to je třeba dát pozor. Také zde mluvíme o vibraci vazby uhlík-vodík v sp³ hybridizaci. Například máte CH₂, takže CH₂... nakreslím zde dvě odlišné situace... CH₂ v molekule, můžete mít tu stejnou situaci. Můžete mít symetrickou i antisymetrickou vibraci. Pokud tyto vodíky vibrují oba ve stejnou dobu, je to symetrická vibrace. Také můžete mít antisymetrickou vibraci. A znovu, antisymetrická vibrace vyžaduje o něco více energie. Tento signál tedy najdete ve vyšším vlnočtu. Je to celkem malý rozdíl, ale vlnočet o trošku vyšší. A toto je důvod, proč je tak těžké interpretovat signál v této oblasti, pod 3 000 vstupuje do hry více proměnných. Je obtížné dosáhnout většího detailu. Rozumějte, toto je oblast, kde můžete očekávat valenční vibraci vazby uhlík-vodík, kde mluvím o sp³ hybridizovaném uhlíku. Nakonec se pojďme podívat ještě na jeden příklad symetrické a antisymetrické vibrace, a to na anhydrid kyseliny. Podívejme se na IR spektrum, pouze obecné IR spektrum anhydridu kyseliny. Nakresleme přímku okolo 1 500. K rozdělení na dvě oblasti, nakresleme přímku okolo 3 000. Víme, že je to naše oblast vazby uhlík-vodík. A pak dostaneme tyto dva intenzivní signály, že? Pojďme zjistit, kde leží. Tento signál zde, ...použiji odlišnou barvu... Podíváme se dolů, kde signály zhruba leží? Je to 1 500, 1 600, 1 700, což je docela blízko, řekněme, že je to vlnočet 1 760. Takže vlnočet 1 760 pro tento signál. A teď druhý signál, podívejme se dolů. Je to kousek za 1 800. Řekněme zhruba 1 800. Pro anhydrid kyseliny dostaneme tyto dva odlišné a silné signály a znovu hovoříme o symetrické a antisymetrické vibraci. Symetrická vibrace... pojďme dolů... bavíme se zde samozřejmě o karbonylu. Bavíme se o opravdu silné absorbanci v oblasti dvojných vazeb. Zde je oblast dvojných vazeb našeho IR spektra. Dostaneme tyto dva silné signály a signál s nižším vlnočtem je ten se symetrickou vibrací. Tento karbonyl vibruje ve fázi s tímto karbonylem, což dává signál symetrické vibrace. To je ten tady dole. A znovu můžeme dostat antisymetrické vibrace. Můžeme mít jednu z těchto protahování či smršťování naší pružiny. K antisymetrické vibraci je třeba více energie, proto je signál výše. Pokud uvidíte v IR spektru tyto dva intenzivní signály, mluvíme o karbonylu. Zde je naše oblast dvojných vazeb. Bavíme se o karbonylové vibraci, s velkým dipólovým momentem, čili velká změna dipolového momentu. To je důvod, proč zde vidíme intenzivní signál. A vidíme signály dva, protože máme symetrickou a antisymetrickou vibraci. Existují i jiné příklady symetrické a antisymtrické vibrace, ale doufám, že tyto příklady Vám napověděli, co hledat v IR spektru.
video