Химическая идентийикация органический соединений

УФ-спектроскопию часто используют для определения концентрации растворов. Такие измерения основываются на применении закона Ламберта—Бера, согласно которому количество световой энергии, поглощенной раствором, пропорционально концентрации растворенного вещества и длине пути света в поглощающем веществе. Обычно такие измерения поглощения выполняются всего на одной длине волны. Ее выбирают в той области спектра, где вещество имеет самое сильное поглощение. Мерой поглощения света или УФ-излучения является молярная поглощательная способность вещества.

Длина волны, на которой происходит поглощение света веществом, зависит от наличия в нем определенных двойных связей и от их числа. При поглощении света или УФ-излучения внешние (валентные) электроны молекулы переходят из своих обычных (основных) энергетических состояний в возбужденные состояния. Например, в УФ-спектре поглощения  обнаруживается сильная полоса поглощения, обусловленная возбуждением электронов группы  Бутан он имеет две полосы поглощения, обусловленные переходами различных электронов группы 

Спектроскопия ядериого магнитного резонанса. Для получения сведений о структуре органических соединений в настоящее время чаще всего используют спектроскопию ЯМР. Эта методика основана на использовании магнитных свойств атомных ядер.

Протоны и нейтроны, входящие в состав атомного ядра, представляют собой как бы крохотные магнитики. В некоторых ядрах их магнитные свойства взаимно компенсируются, но в других ядрах они компенсируются не полностью и у ядра сохраняется остаточный магнетизм. Это свойство магнитных ядер называется ядерным спином. Ядра изотопов углерод-12 и кислород-16 не имеют результирующего ядерного спина. В отличие от них ядра водорода-1 (протоны) обладают магнитными свойствами и могут изучаться с помощью спектроскопии ЯМР. Разновидность спектроскопии ЯМР, в которой изучаются магнитные свойства протонов, называется спектроскопией протонного магнитного резонанса (ПМР или ЯМР ).

При помещении образца органического вещества в магнитное поле содержащиеся в веществе протоны взаимодействуют с полем. Они могут ориентироваться в направлении поля либо в противоположном направлении. Эти два состояния характеризуются различными энергиями. Протон может переходить из одного состояния в другое, поглощая либо испуская энергию. Даже в очень сильных магнитных полях соответствующие разности энергии оказываются очень малыми. Поэтому поглощение энергии происходит в области сравнительно низких частот, в радиочастотной области электромагнитного спектра. Частоты поглощения для протонов и других магнитных ядер пропорциональны силе магнита, который используется в приборе. Для того чтобы получить спектр ЯМР, необходимо варьировать напряженность магнитного поля либо частоту источника радиоволнового излучения. В любом случае получается одинаковый спектр. Различие заключается только в том, что в первом случае говорят о слабопольной и сильнопольной частях спектра, т. е. фактически о напряженности магнитного поля (эта терминология раньше была более распространенной), а во втором случае вместо этого называют соответствующие частоты (более современная терминология).

Различные по природе ядра имеют различные резонансные частоты. Поэтому прибор с фиксированной силой магнитного поля должен иметь один источник радиочастоты для записи протонных спектров и другие источники частот для записи спектров других магнитных ядер. Следовательно, запись протонного спектра не обнаруживает поглощения, обусловленного ядрами других элементов, например углерода или кислорода.

Каждое поглощение происходит при определенной резонансной частоте. В каче стве стандарта, относительно которого ведется отсчет резонансных частот, обычно используется пик поглощения протонов в молекулах тетраметилсилана . При напряженности магнитного поля 1,4092 тесла (что в системе СИ эквивалентно 14 092 гауссам) резонанс протонов ТМС наступает при частоте 60 МГц (1 МГц (мегагерц) =  Гц (герц)). Протоны в молекулах ТМС очень хорошо экранированы от внешнего магнитного поля окружающими электронами, поэтому резонансный пик протонов ТМС соответствует довольно низкой частоте, или, другими словами, сильному полю. В прочих молекулах протоны экранированы меньше, и поэтому их резонансные частоты больше, чем у протонов в ТМС. Эти протоны считаются дезэкранированными. Таким образом, резонансная частота протонов или группы эквивалентных протонов зависит от химического окружения данного протона или группы протонов в конкретной молекуле. Соответствующая разность резонансных частот ТМС и определяемого соединения называется химическим сдвигом.

В молекуле этанола  есть атомы водорода трех типов: входящие в метальную группу  в метиленовую группу  и в гидроксильную группу —ОН. Протоны каждого из этих типов имеют различные резонансные частоты. Таким образом, спектр ЯМР этанола состоит из трех отдельных пиков.

При использовании приборов с высоким разрешением резонансные пики расщепляются каждый на несколько близко расположенных пиков. Это расщепление обусловлено магнитными взаимодействиями между ядрами, так называемым спин-спиновым взаимодействием или спин-спиновым расщеплением. Оно объясняется экранирующим действием, оказываемым на протоны магнитными полями соседних протонов. Расщепление пиков в спектре ЯМР позволяет получить информацию о взаимном расположении различных групп в молекуле. Например, протоны у соседних атомов углерода в молекуле этанола взаимодействуют между собой. В результате каждый пик спектра ЯМР этанола расщепляется на несколько пиков (рис. 17.17).

Рис. 17.17. Спектр ядерного магнитного резонанса (ЯМР) этанола.

Итак, повторим еще ра