a nitro-csoport lesz a furcsa ember ebben a vitában. Ez a funkciós csoport egy hidrogén nélküli nitrogénatomból áll, de két oxigénnel és egy szénnel van összekötve, amint az az 1.ábrán látható.

vegye figyelembe, hogy a NO2 csoportban lévő nitrogént nitro-nitrogénnek nevezzük, és hogy a nitro-nitrogénhez egyedül kötődő szénatomot alfa-szénnek nevezzük. Attól függően, hogy az alfa-szén telített, vagy egy aromás gyűrű része, a nitromolekulák telített és aromás nitrovegyületekre oszthatók.

az NO2 csoport kémiai kötése szokatlan. Általában az oxigénatomok két kémiai kötést alkotnak (8). A nitrocsoportban azonban van egy C-N kötés is, amint az az 1.ábrán látható. Tekintettel arra, hogy a nitrogén általában három kötést képez (8), hogyan osztjuk fel az elektronokat egy nitrocsoportban, hogy ezek a vegyületek ne essenek szét?

három kötő elektron van megosztva a nitrocsoport két oxigénje között, ami lényegében két “kötés és fél”, amint az az 1. ábrán látható. Az 1. ábrán látható szaggatott vonalak a félkötéseket képviselik. Ezek nem kötések hasonlóak a karboxilát C-O kötések másfél tárgyalt egy előző oszlopban (9). Egyik oxigénatom sem rendelkezik teljes két teljes kémiai kötéssel, ami instabillá teszi a nitrocsoportokat. A telített nitrovegyületeket, például a nitroalkánokat, más néven rakétaüzemanyagot (8) ritkán elemzik infravörös spektroszkópiával, mert az elemzés során felrobbanhatnak. Nem fogjuk tovább tanulmányozni őket.

a benzolgyűrűkhöz kapcsolódó nitrocsoportok azonban viszonylag stabilak lehetnek, feltéve, hogy nem túl sok nitrocsoport kapcsolódik. A trinitrotoluol kémiai szerkezetét, a TNT néven ismert általánosan használt robbanóanyagot a 2. ábra mutatja.

A három nitrocsoport jelenléte destabilizálja a benzolgyűrűt, ami a TNT robbanásveszélyes tulajdonságait eredményezi. A Di-nitrotoluol és a mono-nitrotoluol stabil. Megbeszélésünket a nem robbanásveszélyes aromás nitrovegyületekre korlátozzuk.

A Nitro-funkcionális csoport infravörös Spektroszkópiája

egy aromás nitro-vegyület, a meta-nitrotoluol infravörös spektruma látható a 3. ábrán. Emlékezzünk arra, hogy az erősen poláris kötések intenzív infravörös tulajdonságokkal rendelkeznek, mivel a dipólus Momentum nagy mértékben változik a kötés hosszához képest, d/DX, rezgés közben (10). Az oxigén elektronegatívabb, mint a nitrogén; ezért a nitrocsoport N-O kötései viszonylag polárisak, és ennek következtében aszimmetrikus és szimmetrikus nyújtási csúcsaik szokatlanul nagyok. Ezeknek a rezgéseknek a részleteit a 4. ábra mutatja.

az aszimmetrikus NO2 szakasz általában 1550-ről 1500 cm-1-re esik, és a 3.ábrán látható, a felirattal 1527 cm-1-nél (tegyük fel, hogy az összes csúcspozíció cm-1 egységben van, még akkor is, ha nincs ilyen címkézve). A szimmetrikus nyújtást a 3. ábra mutatja B felirattal 1350 cm-1-nél, általában ez a csúcs 1390 cm-1-től 1330 cm-1-ig jelenik meg. Figyeld meg, hogy a 3.ábrán látható a és B csúcsok a spektrum két legintenzívebb csúcsai, és úgy tapadnak le, mint a szemfogak a spektrum közepén. Egy pár intenzív csúcs kombinációja ezekben a hullámszám-tartományokban egyedülálló, így a nitrocsoport jelenléte a mintában könnyen észrevehető.

a nitrocsoport is mutat egy ollót hajlító rezgés, hasonló a metiléncsoport (11). Ez közepes intenzitású csúcsot eredményez 890 cm-1-től 835 cm-1-ig. Látható a 3. ábrán C jelzéssel, 881 cm-1-nél.

a nitro csoporttal kapcsolatos jó hír az, hogy két erős infravörös sávja van, amelyeket könnyű észrevenni. A rossz hír az, hogy amikor a nitrocsoport egy benzolgyűrűhöz kapcsolódik, ez megnehezíti a benzolgyűrű helyettesítési mintázatának meghatározását. Emlékezzünk arra, hogy a benzolgyűrű síkon kívüli C-H hajlítási sávja a 690 cm-1-es aromás gyűrűhajlító sáv jelenlétével vagy hiányával kombinálva használható a benzolgyűrű (12) szubsztitúciós mintázatának meghatározására. A nitrocsoport jelenléte megnehezíti e szabályok alkalmazását. Ennek oka a nitrocsoport egyedi elektronikus szerkezete, valamint az, hogy elektronikusan kölcsönhatásba lép a benzolgyűrűvel. Elegendő azt mondani, hogy az infravörös spektroszkópiától eltérő analitikai technikát kell alkalmazni a nitro-szubsztitúciós minta meghatározásához aromás gyűrűk.

vegye figyelembe, hogy a meta-nitrotoluol szerkezete metilcsoportot tartalmaz. Megtudtuk, hogy a metilcsoport diagnosztikai mintája telített szén aszimmetrikus és szimmetrikus szakaszokat tartalmaz 2962 cm-1 és 2872 cm-1 közelében, és az esernyő üzemmódot 1375 cm-1-nél (13,14). A 3.ábrán vegye figyelembe, hogy a telített C-H szakaszok 2926 cm-1 és 2866 cm-1 értékre esnek. Normál körülmények között ezt a két csúcsot a metiléncsoportok aszimmetrikus és szimmetrikus szakaszaként értelmeznénk, mivel csúcsaik 2926 cm-1 és 2855 cm-1 (14). Ebben az esetben ez az értelmezés téves, mert a nitrocsoportok megzavarják a molekula elektronikus szerkezetét, eldobva ezeket a csúcspozíciókat. Ha azt veszi észre, a nitro csúcsok első, akkor kapsz egy heads up, hogy a telített C-H nyúlik lehet zavaró. Általában függhetünk a metilcsoport esernyő módjától, jelezve, hogy a telített C-H szakaszok problémát jelenthetnek. Ebben az esetben azonban az intenzív nitroszimmetrikus nyújtási csúcs 1350 cm-1-nél ül a tetején. Sajnos ebben a spektrumban semmi sem mutatja egyértelműen a metilcsoport jelenlétét. Mint fentebb említettük, a nitro csoport elveti a megtanult értelmezési szabályok egy részét.

a mintában lévő nitrocsoport jelenlétének diagnosztikai mintája egy pár intenzív csúcs, körülbelül 1550 cm-1 és 1350 cm-1, valamint az ollós csúcs 850 cm-1 körül. Az I. táblázat összefoglalja a csoport hullámátszámokat a nitro csoporthoz.

következtetések

a nitrocsoport egy nitrogénatomból áll, amelyhez két oxigén és egy szén kapcsolódik. A két nitrogén-oxigén kötés “kötés és fele”, amelyek destabilizálják a nitro-vegyületeket, így elemzésük robbanásveszélyes. A NO-kötések nagy dipólusmomentumai két erős csúcsot adnak 1550 cm-1 és 1350 cm-1 körül az NO2 funkciós csoport aszimmetrikus és szimmetrikus nyújtásának eredményeként. Ez egy szokatlan minta, és könnyű észrevenni. Van egy ollócsúcs is 850 cm-1 körül. A nitrocsoportok hajlamosak megzavarni a molekulák elektronikus szerkezetét, így spektrumuk értelmezése problematikus.

1. B. C. Smith, spektroszkópia 34(1), 10-15 (2019).
2. B. C. Smith, spektroszkópia, 34(3), 22-25 (2019).
3. B. C. Smith, spektroszkópia, 34(5), 22-26 (2019).
4. KR. e. Smith, Spektroszkópia, 34(11), 30-33 (2019).
5. B. C. Smith, spektroszkópia 35(1), 10-15 (2020).
6. B. C. Smith, spektroszkópia 35(3), 26-30 (2020).
7. B. C. Smith, spektroszkópia 35(5), 17-21 (2020).
8. A. Streitwieser és C. Heathcock, Szerves Kémia (Macmillan, New York, New York, 1976).
9. B. C. Smith, spektroszkópia 34(5),20-23(2018).
10. B. C. Smith, spektroszkópia 30(1), 16-23 (2015).
11. B. C. Smith, spektroszkópia 30(7), 26-31, 48 (2015).
12. B. C. Smith, spektroszkópia 31(5), 36-39 (2016).
13. KR. e. Smith, Spektroszkópia, 30(4), 18-23 (2015).
14. B. C. Smith, infravörös spektrális értelmezés: szisztematikus megközelítés (CRC Press, Boca Raton, Florida, 1999).

kvíz szakasz

a következő infravörös spektrális értelmezési kihívás

Az ebben és az előző oszlopokban tanultak felhasználásával határozza meg az I. ábra spektrumában található funkcionális csoportokat, és próbálja meg meghatározni ennek a vegyületnek a kémiai szerkezetét. Ne feledje, hogy a csúcspozíció felvétele a táblázatba nem feltétlenül jelenti azt, hogy hasznos lesz a szerkezet meghatározásában.

mivel ez egy különösen trükkös probléma, válaszoljon ezekre a kérdésekre a spektrumról ebben a sorrendben, hogy irányítson. Minden esetben győződjön meg róla, hogy igazolja a választ.

1. Van jelen nitro csoport?

2. Ha igen, van-e benzolgyűrű?

3. Vannak más funkcionális csoportok is?Brian C. Smith, PhD, a Big Sur Scientific alapítója és vezérigazgatója, a hordozható közepes infravörös kannabisz analizátorok gyártója. Több mint 30 éves ipari infravörös spektroszkópiai tapasztalattal rendelkezik, számos lektorált tanulmányt publikált, és három könyvet írt a spektroszkópiáról. Mint tréner, világszerte több ezer embernek segített javítani infravörös elemzéseiket. Amellett, hogy a Spektroszkópiára ír, Dr. Smith rendszeres rovatot ír a cannabis Science and Technology testvérkiadványához, és a szerkesztőségében ül. A fizikai kémia doktori fokozatát a Dartmouth Főiskolán szerezte. Elérhető a következő címen: [email protected]