nitrogruppen kommer til å være den merkelige mannen ut i denne diskusjonen. Denne funksjonelle gruppen består av et nitrogenatom uten hydrogen, men med to oksygen og et karbon festet, som vist I Figur 1.

Merk at nitrogenet i no2-gruppen kalles nitro-nitrogen, og at karbonatomet enkeltvis bundet til nitro-nitrogen kalles alfa-karbon. Avhengig av om alfa karbon er mettet, eller en del av en aromatisk ring, kan nitromolekyler deles inn i mettede og aromatiske nitroforbindelser.

den kjemiske bindingen AV NO2-gruppen er uvanlig. Normalt danner oksygenatomer to kjemiske bindinger (8). Det er imidlertid også En C-n-binding i nitrogruppen, som vist I Figur 1. Gitt at nitrogen normalt danner tre bindinger (8), hvordan fordeler vi elektronene i en nitrogruppe for å holde disse forbindelsene fra å falle fra hverandre?

Det er tre bindingselektroner som deles mellom de to oksygenene i nitrogruppen, og gir det som i hovedsak er to «bindinger og en halv», som vist I Figur 1. De stiplede linjene i Figur 1 representerer halvbindingene. DISSE ingen bindinger er lik karboksylat C – o bindinger og en halv omtalt i en tidligere kolonne (9). Verken oksygenatom har sitt fulle komplement av to fulle kjemiske bindinger, noe som gjør nitrogruppene ustabile. Mettede nitroforbindelser som nitroalkaner, ellers kjent som rakettbrensel (8), analyseres sjelden ved infrarød spektroskopi fordi de kan detonere under analyse. Vi vil ikke studere dem videre.nitrogrupper festet til benzenringer kan imidlertid være relativt stabile, forutsatt at ikke for mange nitrogrupper er festet. Den kjemiske strukturen til trinitrotoluen, et vanlig eksplosiv kjent som TNT, er vist I Figur 2.tilstedeværelsen av de tre nitrogruppene destabiliserer benzenringen, noe som resulterer i TNTS eksplosive egenskaper. Di-nitrotoluen og mono-nitrotoluen er stabile. Vi vil begrense vår diskusjon til ikke-eksplosive aromatiske nitroforbindelser.

Den Infrarøde Spektroskopi Av Nitro Funksjonell Gruppe

det infrarøde spektrum av en aromatisk nitro forbindelse, meta-nitrotoluen, er sett I Figur 3. Husk at svært polare bindinger har intense infrarøde egenskaper på grunn av den store endringen i dipolmoment med hensyn til bindingslengde, dµ / dx, under vibrasjon (10). Oksygen er mer elektronegativ enn nitrogen; Derfor er No-bindingene i nitrogruppen relativt polare, og som et resultat er deres asymmetriske og symmetriske strekktopper uvanlig store. Detaljer om disse vibrasjonene er vist i Figur 4.den asymmetriske no2-strekningen faller vanligvis fra 1550 til 1500 cm-1, og ses i Figur 3 merket A ved 1527 cm-1 (antar at alle toppposisjoner er i cm-1-enheter, selv om de ikke er merket som sådan). Den symmetriske strekningen er sett i Figur 3 merket B ved 1350 cm-1, og generelt ser denne toppen ut fra 1390 cm-1 til 1330 cm-1. Legg merke til hvordan toppene A og B I Figur 3 er de to mest intense toppene i spekteret, og de stikker ned som øye tenner i midten av spekteret. Kombinasjonen av et par intense topper i disse wavenumber-områdene er unik, noe som gjør tilstedeværelsen av en nitrogruppe i en prøve lett å få øye på.nitrogruppen utviser også en saksbøyende vibrasjon, som ligner på metylengruppen (11). Dette gir opphav til en middels intensitet topp fra 890 cm – 1 til 835 cm-1. Det kan ses I Figur 3 merket C ved 881 cm-1.den gode nyheten om nitro-gruppen er at den har to sterke infrarøde bånd som er enkle å få øye på. Den dårlige nyheten er at når nitrogruppen er festet til en benzenring, gjør det det vanskelig å bestemme substitusjonsmønsteret på benzenringen. Husk at benzen ring Out-of-plane C-H bøyebåndet, i kombinasjon med tilstedeværelse eller fravær av den aromatiske ring-bøyebåndet på 690 cm-1, kan brukes til å bestemme substitusjonsmønsteret på en benzen ring (12). Tilstedeværelsen av en nitrogruppe gjør det vanskelig å anvende disse reglene. Dette skyldes den unike elektroniske strukturen til nitrogruppen, og hvordan den samhandler elektronisk med benzenringen. Det er nok å si at man kanskje må bruke en annen analytisk teknikk enn infrarød spektroskopi for å bestemme substitusjonsmønsteret på nitro-substituerte aromatiske ringer.

Merk at strukturen av meta-nitrotoluen inneholder en metylgruppe. Vi har lært at det diagnostiske mønsteret for en metylgruppe inkluderer mettede karbon asymmetriske og symmetriske strekker nær 2962 cm-1 og 2872 cm-1, og paraplymodusen ved 1375 cm-1 (13,14). Merk I Figur 3 at de mettede c-H-strekkene faller på 2926 cm-1 og 2866 cm-1. Under normale omstendigheter vil vi tolke disse to toppene som de asymmetriske og symmetriske strekkene av metylengrupper, fordi de har topper på 2926 cm-1 og 2855 cm-1 (14). I dette tilfellet er denne tolkningen feil, fordi nitrogruppene krypterer molekylets elektroniske struktur og kaster av disse toppposisjonene. Hvis du merker nitro peaks først, vil det gi deg en heads up at de mettede Ch-strekkene kan være plagsomme. Normalt kan vi stole på metylgruppens paraplymodus for å indikere at de mettede Ch-strekkene kan være et problem. Men i dette tilfellet sitter den intense nitrosymmetriske strekkstoppen på 1350 cm-1 på toppen av den. Dessverre er det ingenting i dette spekteret som tydelig viser tilstedeværelsen av metylgruppen. Som nevnt ovenfor kaster nitro-gruppen av noen av tolkningsreglene vi har lært.det diagnostiske mønsteret for tilstedeværelsen av en nitrogruppe i en prøve er da et par intense topper på ca 1550 cm-1 og 1350 cm-1, sammen med saksetoppen rundt 850 cm-1. Tabell jeg oppsummerer gruppen wavenumbers for nitro-gruppen.

Konklusjoner

nitrogruppen består av et nitrogenatom med to oksygener og ett karbon festet. De to nitrogen-oksygenbindingene er «bindinger og halv» som destabiliserer nitroforbindelser, noe som gjør analysen til et eksplosivt forslag. DE store dipolmomentene for NO-bindingene gir to sterke topper rundt 1550 cm-1 og 1350 cm-1 som følge av den asymmetriske og symmetriske strekkingen AV no2-funksjonsgruppen. Dette er et uvanlig mønster, og er lett å få øye på. Det er også en scissoring topp rundt 850 cm-1. Nitrogrupper har en tendens til å kryptere den elektroniske strukturen av molekyler, noe som gjør tolkningen av deres spektra problematisk.

1. B. C. Smith, Spektroskopi 34(1), 10-15 (2019).
2. B. C. Smith, Spektroskopi, 34(3), 22-25 (2019).
3. B. C. Smith, Spektroskopi, 34(5), 22-26 (2019).
4. B. C. Smith, Spektroskopi, 34(11), 30-33 (2019).
5. B. C. Smith, Spektroskopi 35(1), 10-15 (2020).
6. B. C. Smith, Spektroskopi 35(3), 26-30 (2020).
7. B. C. Smith, Spektroskopi 35(5), 17-21 (2020).A. Streitwieser Og C. Heathcock, Organisk Kjemi (Macmillan, New York, New York, 1976).
8. B. C. Smith, Spektroskopi 34(5),20-23(2018).
9. B. C. Smith, Spektroskopi 30(1), 16-23 (2015).
10. B. C. Smith, Spektroskopi 30(7), 26-31, 48 (2015).
11. B. C. Smith, Spektroskopi 31(5), 36-39 (2016).
12. B. C. Smith, Spektroskopi, 30(4), 18-23 (2015).B. C. Smith, Infrarød Spektral Tolkning: En Systematisk Tilnærming (CRC Press, Boca Raton, Florida, 1999).

QUIZ SECTION

Din Neste Infrarød Spektral Tolkning Utfordring

Bruk alt du har lært i denne og tidligere kolonner, bestem de funksjonelle gruppene som er tilstede I figur i-spektret og prøv å bestemme den kjemiske strukturen til denne forbindelsen. Husk at inkludering av en toppposisjon i tabellen ikke nødvendigvis betyr at det vil være nyttig i strukturbestemmelsen.

Fordi dette er et spesielt vanskelig problem, svar på disse spørsmålene om spekteret i denne rekkefølgen for å veilede deg. I alle tilfeller må du sørge for å rettferdiggjøre svaret ditt.

1. Er det en nitrogruppe til stede?

2. Hvis ja, er det en benzenring tilstede?

3. Er det noen andre funksjonelle grupper tilstede?Brian C. Smith, PhD, er grunnlegger Og ADMINISTRERENDE DIREKTØR I Big Sur Scientific, en produsent av bærbare mid-infrarøde cannabisanalysatorer. Han har over 30 års erfaring som industriell infrarød spektroskopi, har publisert en rekke fagfellevurderte artikler, og har skrevet tre bøker om spektroskopi. Som trener har han hjulpet tusenvis av mennesker over hele verden med å forbedre sine infrarøde analyser. I tillegg til å skrive For Spektroskopi, Skriver Dr. Smith en vanlig kolonne for sin søsterpublikasjon Cannabis Science and Technology og sitter på redaksjonen. Han fikk Sin Doktorgrad i fysikalsk kjemi Fra Dartmouth College. Han kan nås på: [email protected]