ニトロ基は、この議論では奇妙な男になるだろう。 この官能基は、図1に示すように、水素を含まない窒素原子で構成されていますが、二つの酸素と炭素が結合しています。
NO2基の窒素はニトロ窒素と呼ばれ、ニトロ窒素に単独で結合した炭素原子はα炭素と呼ばれることに注意してください。
NO2基の窒素はニトロ窒素と呼ばれ、ニトロ窒素に単独で結合した炭素原子はアルファ炭素と呼ばれます。 Α炭素が飽和しているか芳香環の一部であるかに応じて、ニトロ分子は飽和ニトロ化合物と芳香族ニトロ化合物に分けることができる。
NO2基の化学結合は珍しい。 通常、酸素原子は2つの化学結合を形成する（8）。 しかし、図1に示すように、ニトロ基にはC-N結合もあります。 窒素が通常3つの結合（8）を形成することを考えると、これらの化合物が崩壊するのを防ぐために、ニトロ基に電子をどのように配分するのですか？
ニトロ基の二つの酸素の間には三つの結合電子が共有されており、図1に示すように、本質的に二つの”結合と半分”であるものを与えています。 図1の破線は、半結合を表しています。 これらのNO結合は、カルボキシレートC-O結合と同様であり、前の列（9）で議論した半分である。 どちらの酸素原子も2つの完全な化学結合を完全に補完しておらず、ニトロ基を不安定にする。 ロケット燃料（8）として知られているニトロアルカンのような飽和ニトロ化合物は、分析中に爆発しやすいため、赤外分光法ではほとんど分析されない。 私たちはそれらをさらに研究しません。しかし、ベンゼン環に結合したニトロ基は、あまりにも多くのニトロ基が結合していないと仮定すると、比較的安定であり得る。
しかし、ベンゼン環 TNTとして知られている一般的に使用される爆発物であるトリニトロトルエンの化学構造を図2に示します。
三つのニトロ基の存在はベンゼン環を不安定化させ、TNTの爆発性をもたらす。 ジニトロトルエンとモノニトロトルエンは安定である。 我々は、非爆発性芳香族ニトロ化合物に私たちの議論を制限します。
ニトロ官能基の赤外分光法
芳香族ニトロ化合物メタニトロトルエンの赤外スペクトルを図3に示します。 高極性結合は、振動中の結合長d μ/dxに対する双極子モーメントの大きな変化のために、強い赤外線特徴を有することを思い出してください（10）。 酸素は窒素よりも電気陰性です; したがって、ニトロ基中のN-O結合は比較的極性であり、その結果、それらの非対称および対称延伸ピークは異常に大きい。 これらの振動の詳細を図4に示します。非対称NO2伸張は、典型的には1550〜1500cm-1であり、1527cm-1で標識された図3に見られる（すべてのピーク位置がcm-1単位であると仮定する）。
非対称NO2伸張は、典型的には1550〜1500cm-1であり、1527cm-1で標識された図3に見られる（たとえそのように標識されていないとしても）。 対称的な伸張は図3に1350cm-1でbと表示されており、一般にこのピークは1390cm-1から1330cm-1まで現れます。 図3のピークAとBは、スペクトルの中で最も強い二つのピークであり、それらはスペクトルの中央に目の歯のように下に固執する方法に注意してくださ これらのumber範囲の強いピークのペアの組み合わせはユニークであり、サンプル中のニトロ基の存在を発見するのが容易になります。
ニトロ基はまた、メチレン基（11）と同様のはさみ曲げ振動を示す。 これにより、890cm-1から835cm-1までの中程度の強度ピークが生じる。 これは、図3で881cm-1でcと表示されていることがわかります。ニトロ基についての良いニュースは、それが発見しやすい二つの強い赤外線バンドを持っているということです。
悪いニュースは、ニトロ基がベンゼン環に結合しているときはいつでも、ベンゼン環の置換パターンを決定することが困難になるということです。 ベンゼン環の面外C-H曲げバンドは、690cm-1での芳香環曲げバンドの有無と組み合わせて、ベンゼン環（12）上の置換パターンを決定するために使用することができることを思い出してください。 ニトロ基の存在は、これらの規則を適用することを困難にする。 これは、ニトロ基の独特の電子構造と、それがベンゼン環と電子的にどのように相互作用するかによって引き起こされる。 ニトロ置換芳香環上の置換パターンを決定するためには、赤外分光法以外の分析技術を使用する必要があるかもしれないと言えば十分である。
メタニトロトルエンの構造にはメチル基が含まれていることに注意してください。 メチル基の診断パターンには、2962cm-1および2872cm-1の近くの飽和炭素非対称および対称伸張、および1375cm-1（13,14）の傘モードが含まれることがわかった。 図3では、飽和したC-H伸張は2926cm-1と2866cm-1になることに注意してください。 通常の状況下では、これら二つのピークは2926cm-1と2855cm-1（14）にピークを持っているので、我々は、メチレン基の非対称および対称ストレッチとして解釈します。 この場合、ニトロ基が分子の電子構造をスクランブルし、これらのピーク位置を投げ捨てるので、その解釈は間違っている。 あなたが最初にニトロピークに気づいた場合、それはあなたに飽和C-Hストレッチが面倒かもしれないことを頭を与えるでしょう。 通常、飽和C-Hストレッチが問題になる可能性があることを示すために、メチル基の傘モードに依存することができます。 しかし、この場合、1350cm-1の強烈なニトロ対称伸張ピークがその上に座っている。 残念なことに、このスペクトルにはメチル基の存在を明確に示すものは何もありません。 上記のように、ニトログループは、我々が学んだ解釈ルールのいくつかをオフにスローします。サンプル中のニトロ基の存在の診断パターンは、約1550cm-1および1350cm-1の強いピークのペアであり、シザーパークは約850cm-1である。
試料中のニトロ基の存在の診断パターンは、約1550cm-1および1350cm-1の強いピークのペアであり、シザーパークは約850cm-1のシザーパークである。 表Iは、ニトロ基の群umbersをまとめたものである。
結論
ニトロ基は、二つの酸素と一つの炭素が結合した窒素原子からなる。 二つの窒素-酸素結合は、ニトロ化合物を不安定化させる”結合と半分”であり、その分析は爆発的な命題となっている。 NO結合の大きな双極子モーメントは、NO2官能基の非対称および対称伸張の結果として、1550cm-1および1350cm-1の周りの二つの強いピークを与える。 これは珍しいパターンであり、見つけやすいです。 高さは850cm-1程度である。 ニトロ基は分子の電子構造をスクランブルする傾向があり、そのスペクトルの解釈が問題になっている。
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クイズセクション
あなたの次の赤外線スペクトル解釈の課題
あなたはこのと前の列で学んだすべてを使用して、図iスペクトルに存在す 表にピーク位置を含めることは、必ずしもそれが構造決定に有用であることを意味するものではないことに注意してください。これは特にトリッキーな問題なので、この順序でスペクトルに関するこれらの質問に答えて、あなたを導きます。
これは非常に難しい問題です。
すべての場合において、あなたの答えを正当化するようにしてください。
1. ニトロ基は存在しますか？
2. もしそうなら、ベンゼン環は存在しますか？
3. 他の官能基は存在していますか？
Brian C.Smith、PhDは、携帯用中赤外線大麻分析装置のメーカーであるBig Sur Scientificの創設者兼CEOです。 彼は産業用赤外分光学者として30年以上の経験を持ち、多数の査読論文を発表し、分光学に関する三つの本を書いています。 トレーナーとして、彼は世界中の何千人もの人々が彼らの赤外線分析を改善するのを助けました。 分光学のための執筆に加えて、スミス博士は姉妹出版物の大麻科学と技術のための定期的なコラムを書き、その編集委員会に座っています。 ダートマス大学で物理化学の博士号を取得した。 彼はで達することができる:[email protected]