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有機化學的基礎112 官能基的吸收波特性(下)
2009/08/29 19:59
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研析心得:

1.      aldehyde、酮ketone、酸carboxylic acids、酯ester、醯胺amides的紅外線光譜的共同特徵,有一個官能基「C=O」,這個官能基的紅外線吸收帶位於1780-1640cm-1

2.      所以,只要看到1780-1640cm-1這個位置,有強烈的紅外線吸收波,就可以認定樣品化合物,是醛、酮、酸、酯、醯胺其中一種。

3.      到底是哪一種呢?這要找出每一個分子種類的個別特徵。

4.      教科書提供的五張圖表中,圖形最單純的是「2-壬酮 2-nonanone」,因為,壬酮除了官能基「C=O」,就只剩下「C-H」。

5.      壬酮整個分子拆解開來,其實就是由這「C=O」、「C-H」二種分子結構組成的。「C-H」的位置,在2960-2850 cm-1的位置。

6.      如果一個含有「C=O」官能基的碳化合物,紅外線光譜圖,除了「C=O」和「C-H」吸收波,沒有其它的吸收波了,我們可以透過「C-H」的存在確定那是酮分子;

7.      但是,一個含有「C=O」官能基的碳化合物,除了「C=O」和「C-H」吸收波,,還有其它吸收波,那就要重新考慮了。

8.      「醛」的特點是,它除了「C=O」和「C-H」吸收波,「C=O」上的碳還直接與氫鍵結「O=C-H」,與「氧」雙鍵鍵結的「C-H」吸收波,波數較一般的「C-H」低,是2800-2700 cm-1

9.      這是因為一、「C=O」上的電子會非定域共振,移到緊鄰的「C-H」;也可以說,二、氧的強大陰電性,會擴及到「C-H」上,增強「C-H」鍵的強度,縮短化學鍵的長度;

10.  無論何種解釋都說明一件事,與「O=C」的「碳」,鍵結出來的「C-H」鍵,有鍵長較短、頻率較低的伸縮活動(化學鍵穩定度較高),所以,它的波數較低。一般「C-H」的紅外線吸收波帶是2960-2850 cm-1;「O=C-H」的「C-H」,紅外線吸收波帶是2800-2700cm-1

11.  比較「壬醛nonaldehyde」、「2-壬酮 2-nonanone」、「壬酸nonanoic acid」,酸最大的特點是,波數2300-3500cm-1地區,有一大片強而寬的吸收波帶,這不是由一個官能基所組成的。

12.  這一大片寬而強烈的吸收波帶,高波數的區域是「OH」基,位於3500-3000 cm-1的位置;

13.  吸收波帶中間,最強烈的、波鋒圖形最低點,是「C-H」基,位於2960-2850cm-1

14.  這一大片寬而強烈的吸收波帶,低波數區域,教科書沒有指明是什麼東西,也許就是最靠近「COOH」的亞甲基「CH2」。

15.  因為「COOH」二個「氧」原子的陰電性與它們的電子非定域移動,會影響亞甲基上的二個「C-H」鍵,使它們也處在各種較短化學鍵、較低頻率的伸縮狀態,而能夠吸收好幾種較低波數的紅外線光譜。

16.  OH」基吸收波帶寬闊的另一個原因是,分子間的氫鍵

17.  「酯」的紅外線光譜,和「酮」、「醛」相比,最大的差異點是,在波數1300-1100cm-1的位置,出現像山稜那樣凹折的中強度吸收波,這是「O=C-O-C」官能基造成的。

18.  C、氧O這幾個原子,都遠比氫H大、質量重,振動的活潑度比較,所以,紅外線吸收波帶,位於比較低波數的位置。

19.  醯胺,與醛、酮、酸、酯,最大的差異點是,醯胺含有「氮N」原子。「氮-N-H」伸縮造成的吸收帶,位於3400-3100cm-1。這個波數,比「C-H」吸收帶高,比「O-H」吸收帶低。這是氮原子的陰電性低於氧,而高於碳,造成的結果。

20.  比較醛、酮、酸、酯、醯胺,在低波數1100-1500的區域,醛、酮的吸收波振動幅度較低,酸、酯、醯胺才有比較明顯的吸收波圖形。

21.  這是因為酸的「O=C-O-H」、酯的「O=C-O-C」、醯胺的「O=C-N-H2」,電子都會非定域性移動,產生共振,造成的結果。(化學鍵處在伸縮狀態,比較能夠吸引紅外線光,共振區域的化學鍵,都是不斷伸縮的。)

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