nitro skupina je bude zvláštní člověk v této diskusi. Tato funkční skupina se skládá z atomu dusíku bez vodíků, ale se dvěma kyslíky a připojeným uhlíkem, jak je vidět na obrázku 1.

Všimněte si, že dusík ve skupině NO2 se nazývá nitro dusík a že atom uhlíku jednotlivě vázaný na nitro dusík se nazývá alfa uhlík. V závislosti na tom, zda je alfa uhlík nasycený nebo je součástí aromatického kruhu, lze nitro molekuly rozdělit na nasycené a aromatické nitrosloučeniny.

chemická vazba skupiny NO2 je neobvyklá. Atomy kyslíku obvykle tvoří dvě chemické vazby (8). Existuje však také vazba C-N v nitroskupině, jak je vidět na obrázku 1. Vzhledem k tomu, že dusík normálně tvoří tři vazby (8), Jak rozdělíme elektrony do nitroskupiny, aby se tyto sloučeniny nerozpadly?

existují tři vazebné elektrony sdílené mezi dvěma kyslíky v nitroskupině, což je v podstatě dvě „vazby a půl“, jak je vidět na obrázku 1. Přerušované čáry na obrázku 1 představují poloviční vazby. Tyto no vazby jsou podobné karboxylátovým c-o vazbám a půl diskutované v předchozím sloupci (9). Ani atom kyslíku nemá úplný doplněk dvou úplných chemických vazeb, což činí nitroskupiny nestabilními. Nasycené nitrosloučeniny, jako jsou nitroalkany, jinak známé jako raketové palivo (8), jsou zřídka analyzovány infračervenou spektroskopií, protože mohou během analýzy vybuchnout. Nebudeme je dále studovat.

Nicméně, nitro skupiny připojené benzenové kruhy mohou být relativně stabilní, za předpokladu, že není příliš mnoho nitro skupiny jsou připojeny. Chemická struktura trinitrotoluenu, běžně používané výbušniny známé jako TNT, je znázorněna na obrázku 2.

přítomnost tří nitroskupin destabilizuje benzenový kruh, což má za následek Výbušné vlastnosti TNT. Di-nitrotoluen a mono-nitrotoluen jsou stabilní. Omezíme naši diskusi na nevýbušné aromatické nitrosloučeniny.

Infračervené Spektroskopie Nitro Funkční Skupina

infračervené spektrum aromatické nitro sloučeniny, meta-nitrotoluene, je vidět na Obrázku 3. Připomeňme, že vysoce polární vazby mají intenzivní infračervené vlastnosti kvůli velké změně dipólového momentu vzhledem k délce vazby, dµ/dx, během vibrace (10). Kyslík je elektronegativnější než dusík; proto jsou n-O vazby v nitroskupině relativně polární a v důsledku toho jsou jejich asymetrické a symetrické roztahovací vrcholy neobvykle velké. Podrobnosti o těchto vibracích jsou znázorněny na obrázku 4.

asymetrický úsek NO2 obvykle klesá z 1550 na 1500 cm-1 a je vidět na obrázku 3 označeném a při 1527 cm-1 (Předpokládejme, že všechny polohy píku jsou v jednotkách cm-1, i když nejsou označeny jako takové). Symetrický úsek je vidět na obrázku 3 označeném B při 1350 cm-1 a obecně se tento vrchol objevuje od 1390 cm-1 do 1330 cm-1. Všimněte si, jak vrcholy A A B na obrázku 3 jsou dva nejintenzivnější vrcholy ve spektru, a drží se jako oční zuby uprostřed spektra. Kombinace dvojice intenzivní vrcholy v těchto vlnočet rozsahy je unikátní, takže přítomnost nitro skupiny ve vzorku snadné rozpoznat.

nitroskupina také vykazuje vibrace ohýbající nůžky, podobné vibracím methylenové skupiny (11). To vede k vrcholu střední intenzity od 890 cm-1 do 835 cm-1. Je to vidět na obrázku 3 označeném C při 881 cm-1.

dobrou zprávou o nitro skupině je, že má dvě silné infračervené pásma, které lze snadno rozpoznat. Špatnou zprávou je, že kdykoli je nitroskupina připojena k benzenovému kruhu, je obtížné určit substituční vzorec na benzenovém kruhu. Připomeňme si, že benzenový kruh out-of-plane C-H bend kapela, v kombinaci s přítomností nebo nepřítomnosti aromatického kruhu-ohýbání kapely na 690 cm-1, může být použit k určení substituce vzor na benzenový kruh (12). Přítomnost nitroskupiny ztěžuje použití těchto pravidel. To je způsobeno jedinečnou elektronickou strukturou nitroskupiny a tím, jak elektronicky interaguje s benzenovým kruhem. Stačí říci, že k určení substitučního vzoru na nitro-substituovaných aromatických kruzích může být nutné použít jinou analytickou techniku než infračervenou spektroskopii.

Všimněte si, že struktura meta-nitrotoluenu obsahuje methylovou skupinu. Zjistili jsme, že diagnostický vzorec pro methylovou skupinu zahrnuje asymetrické a symetrické úseky nasyceného uhlíku poblíž 2962 cm-1 a 2872 cm-1 a režim deštníku na 1375 cm-1 (13,14). Všimněte si na obrázku 3, že nasycené úseky C-H klesají na 2926 cm-1 a 2866 cm-1. Za normálních okolností bychom interpretovat tyto dva vrcholy jako asymetrické a symetrické úseky methylenové skupiny, protože mají vrcholy v 2926 cm-1 a 2855 cm-1 (14). V tomto případě, že výklad je špatně, protože nitro skupiny scramble elektronické struktury molekuly, odhodit tyto vrcholové pozice. Pokud si všimnete nitro vrcholy první, to vám dá heads up, že nasycené C-H úseky mohou být problematické. Normálně se můžeme spolehnout na režim deštníku methylové skupiny, který naznačuje, že nasycené úseky C-H by mohly být problémem. V tomto případě však na něm sedí intenzivní nitro symetrický protahovací vrchol na 1350 cm-1. Bohužel v tomto spektru není nic, co by jasně ukazovalo přítomnost methylové skupiny. Jak bylo uvedeno výše, nitro group odhodí některá interpretační pravidla, která jsme se naučili.

diagnostickým vzorem pro přítomnost nitroskupiny ve vzorku je pak dvojice intenzivních píků asi 1550 cm-1 a 1350 cm-1, spolu s nůžkovým vrcholem kolem 850 cm-1. Tabulka i shrnuje skupinová čísla vln pro nitro skupinu.

závěry

nitroskupina se skládá z atomu dusíku se dvěma kyslíky a jedním uhlíkem. Dvě vazby dusík-kyslík jsou „vazby a polovina“, které destabilizují nitrosloučeniny, což činí jejich analýzu výbušným návrhem. Velké dipólové momenty pro vazby NO poskytují dva silné vrcholy kolem 1550 cm-1 a 1350 cm-1 v důsledku asymetrického a symetrického protažení funkční skupiny NO2. Jedná se o neobvyklý vzor a je snadno rozpoznatelný. K dispozici je také nůžkový vrchol kolem 850 cm-1. Nitroskupiny mají tendenci míchat elektronickou strukturu molekul, což činí interpretaci jejich spekter problematickou.

1. B. C. Smith, spektroskopie 34(1), 10-15 (2019).
2. B. C. Smith, spektroskopie, 34(3), 22-25 (2019).
3. B. C. Smith, spektroskopie, 34(5), 22-26 (2019).
4. př. n. l. Smith, Spektroskopie, 34(11), 30-33 (2019).
5. B. C. Smith, spektroskopie 35(1), 10-15 (2020).
6. B. C. Smith, spektroskopie 35(3), 26-30 (2020).
7. B. C. Smith, spektroskopie 35(5), 17-21 (2020).
8. a. Streitwieser a C. Heathcock, Organic Chemistry (Macmillan, New York, New York, 1976).
9. B. C. Smith, spektroskopie 34(5),20-23(2018).
10. B. C. Smith, spektroskopie 30(1), 16-23 (2015).
11. B. C. Smith, spektroskopie 30(7), 26-31, 48 (2015).
12. B. C. Smith, spektroskopie 31(5), 36-39 (2016).
13. př. n. l. Smith, Spektroskopie, 30(4), 18-23 (2015).
14. B. C. Smith, infračervená spektrální interpretace: systematický přístup (CRC Press, Boca Raton, Florida, 1999).

KVÍZ SEKCE

Vaše Další Infračervené Spektrální Výklad Výzvy,

Pomocí vše, co jste se naučili v této a předchozí sloupců, určení funkčních skupin přítomných v Obrázku jsem spektru a snaží se určit chemické struktury této sloučeniny. Nezapomeňte, že zahrnutí špičkové pozice do tabulky nemusí nutně znamenat, že bude užitečné při určování struktury.

protože se jedná o obzvláště složitý problém, odpovězte na tyto otázky týkající se spektra v tomto pořadí, abyste vás vedli. Ve všech případech nezapomeňte odůvodnit svou odpověď.

1. Je přítomna nitroskupina?

2. Pokud ano, je přítomen benzenový kruh?

3. Existují nějaké další funkční skupiny?

Brian C. Smith, PhD, je zakladatelem a generálním ředitelem společnosti Big Sur Scientific, výrobce přenosných středně infračervených analyzátorů konopí. Má více než 30 let zkušeností jako průmyslový infračervený spectroscopist, publikoval řadu recenzovaných prací, a napsal tři knihy na spektroskopie. Jako trenér pomohl tisícům lidí po celém světě zlepšit jejich infračervené analýzy. Kromě psaní pro spektroskopii, Dr. Smith píše pravidelný sloupec pro svou sesterskou publikaci Cannabis Science and Technology a sedí ve své redakční radě. Doktorát z fyzikální chemie získal na Dartmouth College. Může být dosažen na adrese: [email protected]