Phân tích cấu trúc hợp chất hữu cơ

Tham khảo tài liệu phân tích cấu trúc hợp chất hữu cơ, tài liệu phổ thông, hóa học phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Phân tích cấu trúc hợp chất hữu cơ Ph©n tÝch cÊu tróc hîp chÊt h÷u c¬ 1. §Æt vÊn ®Ò − Con ®−êng tèi −u nhÊt ®Ó x¸c ®Þnh cÊu tróc mét chÊt th−êng kh«ng ®Þnh tr−íc ®−îc. − Th«ng th−êng ph¶i kÕt hîp 4 ph−¬ng ph¸p : UV, IR, MS, NMR, ®«i khi cã sù trîgióp cña ph−¬ng ph¸p nhÞ s¾c trßn (CD) hoÆc t¸n s¾c quay cùc (ORD). 2. Ph−¬ng ph¸p chung • Tõ MS x¸c ®Þnh ion ph©n tö vμ suy ra c«ng thøc tæng. • Trong tr−êng hîp MS kh«ng cho ion ph©n tö th× dïng ph©n tÝch nguyªn tè. • X¸c ®Þnh sè liªn kÕt ®«i vμ vßng ®Ó cã h×nh dung vÒ khung ph©n tö. • NÕu mét ph©n tö chØ chøa C, H, O th× sè t−¬ng ®−¬ng nèi ®«i vμ vßng ®−îc tÝnhtheo c«ng thøc: (2a + 2) − b CaHbOc : DBE = (1) 2 DBE = sè t−¬ng ®−¬ng nèi ®«i (2a + 2) lμ sè nguyªn tö H trong hydrocacbon no cã a nguyªn tö C. V× nèi ®«i hoÆcvßng sÏ lμm gi¶m ®i 2H nªn khi trõ ®i b ta cã sè H thùc cã cña (2a + 2), chia 2 ta cã sènèi ®«i vμ vßng. + VÝ dô : Benzen cã 4 t−¬ng ®−¬ng nèi ®«i (3 nèi ®«i vμ 1 vßng). Nh÷ng nguyªn töcã 1 hoÆc 2 ho¸ trÞ nh− Cl, Br, O, S, ... kh«ng ¶nh h−ëng ®Õn ph−¬ng tr×nh (1). Cl, Br...®−îc coi nh− H vμ céng vμo b. | | + Khi cã nguyªn tö ho¸ trÞ 3 nh− − N hoÆc − P ... th× ph¶i sö dông ph−¬ng tr×nh (2) : | | (2a + 2) − (b − d) CaHbOcNd : DBE = (2) 2 VÝ dô : C5H11N : chøa 1 t−¬ng ®−¬ng nèi ®«i. §©y cã thÓ lμ chÊt isopropylimin cñaacetaldehyt (1 nèi ®«i) hoÆc cyclopentylamin (1vßng). Ngoμi ra cßn cã thÓ lμ nhiÒu chÊtkh¸c n÷a. Nh−ng khi 1 trong 4 ph−¬ng ph¸p phæ ®· x¸c ®Þnh cã 1 nèi ®«i (C=C, C= N,C=O) th× kh¶ n¨ng vßng ®· bÞ lo¹i. Ng−îc l¹i nÕu kh«ng x¸c ®Þnh ®−îc nèi ®«i tøc lμ ph¶icã 1 vßng. §iÒu ®Çu tiªn nghÜ tíi lμ phæ UV. NÕu nghi ngê cã hai hoÆc nhiÒu t−¬ng®−¬ng nèi ®«i trong ph©n tö th× sÏ thÊy hÊp thô m¹nh trong phæ UV. Song, khi b¾t ®Çuc«ng viÖc x¸c ®Þnh cÊu tróc cña mét chÊt th× ch−a nªn lÊy qu¸ nhiÒu th«ng tin tõ phæ UV.Thay vμo ®ã lμ x¸c ®Þnh c¸c nhãm chøc trong ph©n tö th«ng qua phæ IR. 1 Phæ NMR ( 1H vμ 13C) sÏ gióp ta dùng nªn khung cacbon cña chÊt cÇn t×m vμ kh¶n¨ng vÒ vÞ trÝ cña c¸c nhãm chøc trong ph©n tö. Phæ khèi (MS) còng gióp ta x¸c ®Þnh s¬ bé khung C, H cña phan tö dùa vμo ph©nm¶nh. ë giai ®o¹n nμy ch−a cè ®Þnh ®−îc thø tù c¸c th«ng tin thu ®−îc tõ c¸c ph−¬ng ph¸pphæ. Mét sè vÝ dô : VÝ dô 1 : • Ph©n tÝch nguyªn tè vμ MS cho biÕt c«ng thøc C4H8O chøa 1 t−¬ng®−¬ng nèi ®«i. • UV : λmax = 295 nm TÝnh h»ng sè hÊp thô ε : HÊp thô . TLPT (träng l−îng ph©n tö) ε= L−îng c©n trong 100 ml . ®é dμy cuvet b»ng cm 0,28.72.100 Tr−êng hîp nμy : ε = = 19 106.1 Nh− vËy lμ ε yÕu → n → π* cña keton hoÆc andehyt no (còng cã thÓ t¹p chÊt cã hÊpthô m¹nh ?) −1 • IR : ν* = 1715 cm (m¹nh) → carbonyl −1 trong IR ( ν* −H andehyt)→ kh«ng cã andehyt. − kh«ng cã v¹ch ë 2700 − 2900 cm C 1 − kh«ng cã tÝn hiÖu δ = 9 − 10 ppm trong HNMR (H andehyt) • V× chØ cã 1 t−¬ng ®−¬ng nèi ®«i vμ 1 dÞ nguyªn tè nªn ®ã lμ keton carbonyl. • X¸c ®Þnh khung cacbon 13 • C-NMR cho biÕt 4C lμ kh¸c nhau, mét trong sè ®ã lμ C=O v× : δ = 208,79 ppm vμc−êng ®é yÕu (cacbon bËc 4) • 1H-NMR : δ = 2,4 q → CH2 2,09 s → CH3 ®Ýnh víi C bËc 4 H 3C C C O 1,04 t → CH3 CH3 − C || O 2 TÝch ph©n (Intergral) : 2 : 3 : 3 29,37 36,80 7,86 ppm H3C C CH2 CH3 O 43 O • MS : m/z : 72, 57, 43, 29 29 57 VÝ dô 2 : − C«ng thøc céng : C11H20O4 tÝnh ®−îc hai t−¬ng ®−¬ng nèi ®«i. − UV : kh«ng cho hÊp thô cña hai nèi ®«i liªn hîp. −1 (→ keton vßng 5 hoÆc ester no) − IR : + ®Ønh C=O m¹nh t¹i 1740 cm + ®Ønh >C=C< kh«ng thÊy trong IR → hai t−¬ng ®−¬ng nèi ®«i ph¶i lμ hai nhãmcarbonyl hoÆc 1C=O vμ 1 vßng. + kh«ng cã OH → 4 O lμ cña keton, ester hay ete. 13 − C-NMR : chØ cã 8C kh¸c nhau, nh− vËy cã mét sè C xuÊt hiÖn ë cïng vÞ trÝ do cÊutróc ®èi xøng trong ph©n tö. 1 − H-NMR : + TÝn hiÖu thÊp nhÊt ë δ = 4,12 ppm (q) → O−CH2−CH3. δ = 1,3 ppm (t)thÊy râ, tuy tû lÖ c−êng ®é 1 : 2 : 1 kh«ng râ do trïng lÆp. + C−êng ®é cña O−CH2 − quartet t−¬ng ®−¬ng 4 H → cã thÓ cã hai nhãmO−CH2−CH3 gièng nhau. + KÕt luËn : O−CH2−CH3 thuéc nhãm ester (COOCH2−CH3) + δ = 3,2 ppm (t) → tÝch ph©n cho biÕt lμ 1 H, v× ®· hÕt O (ë 2 × COOEt), O → Triplett ë 3,2 ppm lμ cña nhãm −CH2−CH−(COOC2H5)22 t−¬ng ®−¬ng nèi ®«i C - O + Quartet cña 2 H ë : δ = 1,88 lμ cña : −CH2−CH−(CO2C2H5)2 ...