Курсовая работа по органической химии магистратураОсобенности ИК -характеристик сопряжённых систем

Соседнийатомуглеродаприобретаетчастичныйположительныйзаряд [14].Более значительный электронный эффект наблюдается в молекулах с сопряженными фрагментами [15]. В таком случае поляризационный эффект заместителя распространяется на всю систему сопряжения. Мезомерный (или резонансный) эффект - это смещение электронной плотности, вызванное заместителем в сопряженной системе. Мезомерный эффект обозначается буквой M. Существуют эффекты отдачи электронов (обозначается +M) и отвода электронов (обозначается –M). Эффект –M функциональной группы приводит к снижению электронной плотности на всех углеродах оставшейся части молекулы (по сравнению с незамещенными соединениями, такими как этен и бензол). Положительный мезомерный эффект наблюдается в большинстве p, π-сопряженных систем. В таком случае заместитель с единственной парой электронов отдает электроны соседнему бензольному кольцу или π-связи.Табл. 4. Электронные эффекты заместителейзаместительI-эффектM-эффектвзаимосвязьхарактеристикаалкилы+InoM–электрон-донорNH2–I+M+M>–Iэлектрон-донор–OH,–SH–I+M+M>–Iэлектрон-донор–O–R–I+M+M>–Iэлектрон-доноргалогены–I+M–I>+MакцепторCО–I–M–I,–MакцепторО—C—ОН–I–M–I,–Mакцептор–SО3Н–I–M–I,–Mакцептор–NО2–I–M–I,–MакцепторРассмотрим распределение электронной плотности в молекуле в молекуле фениламина [16]. Аминогруппа обладает отрицательным индуктивным эффектом. Поскольку фениламин представляет собой сопряженную систему, аминогруппа обладает мезомерным эффектом. А поскольку атом азота имеет одинокую пару электронов, аминогруппа обладает положительным мезомерным эффектом. Таким образом, аминогруппа отдает электроны соседнему бензольному кольцу.Напротив, альдегидная группа в бензальдегиде отводит электронную плотность из бензольного кольца к себе [17]. Третий и пятый атомы углерода приобретают частичный отрицательный заряд.Таким образом, мезомерный эффект заместителя может наблюдаться только в сопряженных системах. Распределение электронной плотности определяет реакционную способность соединения и его реакционных центров.ГЛАВА III. ИК- характеристика сопряженных систем3.1. Инфракрасная спектроскопияИнфракраснымизлучениемназываютизлучениесдлинамиволнот0.5до1000мкм [18].В ИК-диапазоне проявляются переходымеждуколебательнымиивращательнымиуровнямиэнергиимолекул.Большинствоколебательныхпереходоввмолекулахорганическихсоединенийреализуетсяв диапазонедлинволн λ от 2.5 до 25 мкм.Вединицахволновыхчиселν=1/λ–4000-400cм-1.Задачи,решаемыеспомощьюИК-спектроскопии:1. Качественный анализ. Определениефункциональныхгруппорганическихсоединений:C=O,OH,NH2идр;2. Количественныйанализсмесейорганическихсоединений;3.Исследованиемежмолекулярныхвзаимодействий:водородныесвязи, донорно-акцепторныевзаимодействияидр.По мере [19] увеличения квантового числа υколебательные уровни ангармоническогоосцилляторабудутпостепенно сближаться,вконечномитоге,перейдявконтинуумЕангар = DИК-спектрангармоническогоосцилляторапредставляетсобойнаборнесколькихлиний.Колебания многоатомных молекул.Степенисвободы –эточислонезависимыхпараметров т ттт дляописанияположениявсехатомовмолекулывдекартовыхкоординатах(x,y,z).Молекула,состоящаяизNатомов,имеет3Nстепенейсвободы.Нелинейные молекулы: 1. Тристепенисвободы–поступательноедвижениемолекулыкакцелого. 2. Три степенисвободы–вращательноедвижениемолекулывокругееглавныхосей.3. Оставшиеся3N-6степенейсвободыпредставляютсобойнормальныеколебания–независимые,повторяющиесясамипосебедвижениямолекулы.4. Полноеколебательноедвижениемолекулыможнопредставитьввидекомбинациинормальныхколебаний [20].Колебания нелийной молекулы SO2.3×N-6=3×3-6=3(тринормальныхколебания)обесвязиодна связь растягивается, колебаниясинхроннорастягиваются другая сокращается с изменениемисокращаются угла между связямиЛинейные молекулы.1. Тристепенисвободы–поступательноедвижениемолекулыкакцелого;2. Двестепенисвободы–вращательноедвижениемолекулывокругееглавныхосей;3. 3N-5степенейсвободы–нормальныеколебания.Колебания линейной молекулы CO2.3×N-5=3×3-5=4(четыренормальныхколебания)ВИК-спектрах[21]органическихсоединенийпроявляютсясвысокойинтенсивностьюколебанияполярныхсвязей:С–О,С=О,С–N,N=O,S=Oит.п.3.2. Особенности ИК- спектроскопии для органических соединений АлканыТипысвязейвалканах:Csp3–H,Csp3–Csp3Рис 1. ИК-спектр н-гексадеканаЦиклоалканы ГалогеналканыνCsp3–F=1400-1000см-1νCsp3–Cl=800-600см-1νCsp3–Br=600-500см-1νCsp3–I< 500см-1Полосывысокойинтенсивности,нообычномалоинформативны. АлкеныРис. 2. ИК-спектр аллилбензолаРис. 3. ИК-спектр непредельного спиртаЗаключениеИнфракрасная (ИК) спектроскопия является одним основных методов анализа органических соединений. Современная ИК-спектроскопия представляет собой экспресс-метод установления структурных особенностей органических соединений. С помощью ИК-спектроскопии быстро и надёжно идентифицируются разнообразные функциональные группы: карбонильная, гидроксильная, карбоксильная, амидная, амино, циано и др.; а также различные непредельные фрагменты: двойные и тройные углерод-углеродные связи, ароматические или гетероароматические системы. Методами ИК-спектроскопии изучают внутри- и межмолекулярные взаимодействия, например, образование водородных связей. В химии древесины и химии природных соединений с помощью ИК-спектроскопии исследуют структуры углеводов, лигнинов, аминокислот, терпенов, стероидов и многих других веществСписок использованной литературы1. Лузин А. П., Зурабян С. Э., Н. А. Тюкавкина, Органическая химия (учебник для учащихся средних фармацевтических и медицинских заведений), 2002 г. С.42-46, 124-128.2. Егоров А. С., Шацкая К. П. Химия. Пособие – репетитор для поступающих в вузы3. Кузьменко Н. Е., Еремин В. В., Попков В. А. Начала химии М., 1998. С. 57-61.4. Соснин Е. А. Синтез новых сопряженных гетероциклических систем и их электрохимические и оптические свойства.20145. Post E, Rahner S, Mo¨hler A, Rager A. Study of recyclable polymer automobile undercoatings containing PVC using TG/ FTIR. Thermochem Acta. 2015;263:1–6. 6. Zou H, Yi C, Wang L, Liu H, Xu W. Thermal degradation of poly(lactic acid) measured by thermogravimetry coupled to Fourier transform infrared spectroscopy. J Therm Anal Calorim. 2009;97:929–35.7.https://studfile.net/preview/2489933/page:3/8. Mothe´ C, de Castro BCS, Mothe´ M. Characterization by TG/ DTG/DSC and FTIR of frying and fish oil residues to obtain biodiesel. J Therm Anal Calorim. 2011; 106: 811–7. 9. Huang N, Wang J. A TGA–FTIR study on the effect of CaCO3 on the thermal degradation of EBA copolymer. J Anal Appl Pyrol. 2009;84:124–30. 10. Sanders JP, Gallagher PK. Kinetics of the oxidation of magnetite using simultaneous TG/DSC. J Therm Anal Calorim. 2013;72: 777–89.11. Daßler A, Feltz A, Jung J, Ludwig W, Kaisersberger E. Characterization of rutile and anatase powders by thermal analysis. J Therm Anal Calorim. 2018;33:803–9.12. Wiss J, Schmuck J-L. Cleaning validation using thermogravimetry. J Therm Anal Calorim. 2011;104:315–21. 8. Maciejewski M, Baiker A. Pulse thermal analysis. In: Brown ME, Gallagher PK, editors. Handbook of thermal analysis and calorimetry, vol. 5. Amsterdam: Elsevier; 2008. p. 93–132. 13. BRUKER Optik GmbH, Rudolf-Plank-Straße 27, 76275 Ettlingen, Germany. 10. Jacob J. The significance of polycyclic aromatic hydrocarbons as environmental carcinogens. Pure Appl Chem. 2016;68:301–8. 14. Maguire V, Svrcek WY, Mehrotra AK. A study of interactions between soil fractions and PAH compounds in thermal desorption of contaminated soils. Can J Chem Eng. 2015;73:844–53. 15. Eigenmann F, Maciejewski M, Baiker A. Influence of the measuring conditions on the quantification of spectroscopic signals in TA–FTIR–MS systems. J Therm Anal Calorim. 2016;83:321–30. 16. Hanst PL, Hanst ST. Gas analysis manual for analytical chemists, vol I: infrared measurements of gases and vapors. Anaheim: InfraredAnalysis, Inc.; 2020. p. 31–217.ПречЭ.,БюльманнФ.,АффольтерК.Определениестроенияорганическихсоединений.М:Мир,2006.18. БраунД.,ФлойдА.,СейнзбериМ.Спектроскопияорганическихвеществ.М:Мир,2012.19. БелламиЛ.Новые данныепоИК-спектрамсложныхмолекул.М.:Мир,2017.20. НаканисиК.Инфракрасныеспектрыистроениеорганическихсоединений.М.:Мир,2015.21. БелламиЛ.ИК-спектрысложныхмолекул.М.:Мир,2013.