Infrasarkanā spektroskopija un masspektrosokopija

2

Ievads

• Tā ir analītiska metode, kas palīdz noteikt vielas struktūru

• Tā neiznīcina paraugu

• Tiek mērīta gaismas absorbcija, mainot gaismas viļņa garumu =>

3

Spektroskopijas veidi

• Infrasarkanā (IS) spektroskopija mēra saišu vibrācijas, kas palīdz noteikt funkcionālās grupas.

• Masspektrometrija (MS) sadala molekulu un mēra fragmentu masu.

• Protonu magnētiskās rezonanses (PMR) spektroskopija nosaka ūdeņraža atomus,ar tās palīdzību var atšķir izomērus.

4

Elektromagnētiskie viļņi

• Piemēri: rentgenstari, mikroviļņi, radioviļņi, redzamā gaisma, IS, un UV.

• Frekvence un viļņa garums ir apgriezti prorcionāli c = .

• Fotona enerģija = h.

Chapter 12 5

Gaismas efekti uz molekulu

=>

=>

6

IS reģions

• Tas atrodas zem sarkanā redzamās gaismas apgabala

• Viļņa garumi 2,5 - 25 m.• Plašāk tiek izmantotas mērvienības

viļņu skaits jeb cm-1, atbilstošs viļņa garumiem vienā centimetrā.

• Viļņu skaitlis ir proporcionāls frekvencei un enerģijai.

Chapter 12 7

Molekulu vibrācijasKovalentās saites vibrē tikai pie vienas noteiktas

frekvences.Divatomu molekulām raksturīgas tikai

izstiepšanās svārstības

8

Izstiepšanās frekvences

• Frekvence samazinās ar atommasas pieaugumu

• Frekvence pieaug, pieaugot saites enerģijai

9

Vibrāciju veidi

Nelineārām molekulām ar n atomiem parasti ir 3n - 6 fundamentāli vibrāciju veidi.

=>

10

Izstiepšanās (streching) vibrācijas:

Leņķiskās (bending) vibrācijas

11

Molekulas pirkstu nospiedumi

• Visas molekulas vibrācijas un leņķiskās vibrācijas ir kvantētas.

• Nevienas divas molekulas nedos vienādu IS spektru (izņemot enantiomērus).

• Vienkāršās izstiepšanās: 1600-3500 cm-1.

• Sarežģītās vibrācijas: 600-1400 cm-1, tā sauktais “pirkstu nospiedumu reģions.”

12

IS-aktīvas un neaktīvas saites

• Polāra saite galvenokārt ir IS-aktīva.

• Nepolāras saites simetriskā molekulā absorbēs vāji vai nemaz.

=>

13

IS spektrometrs

=>

14

FT-IR spektrometrs

• Izmanto interferometru.• Ir lielāka jutība.• Nepieciešama mazāka enerģija.• Uzņemšana ilgst 1-2 sekundes.• Izdara vairākus mērījumus un dod vidējo

rezultātu.• Tam ir lāzerstars, kas uztur aparātu

precīzi kalibrētu. =>

15

C-C saites izstiepšanās

• Spēcīgākas saites absorbē pie lielākas frekvences:C-C 1200 cm-1

C=C 1660 cm-1

CC 2200 cm-1 (vāja vai pat neredzama)

• Konjugācija samazina frekvenci:Izolēta C=C 1640-1680 cm-1

konjugēta C=C 1620-1640 cm-1

aromātiksa C=C aptuveni 1600 cm-1

16

C-H izstiepšanās

Saites ar lielāku s ieguldījumu absorbē pie lielākas frekvences.sp3 C-H, tieši zem 3000 cm-1 (pa labi)sp2 C-H, tieši virs 3000 cm-1 (pa kreisi)sp C-H, pie 3300 cm-1

=>

17

Alkāna IS spektrs

=>

18

Alkēna IS spektrs

=>

Aromātika

Chapter 12 19

Chapter 12 20

Chapter 12 21

Chapter 12 22

Chapter 12 23

Alkīnu IS spektrs

Chapter 12 24

Chapter 12 25

Chapter 12 26

Chapter 12 27

Chapter 12 28

Chapter 12 29

30

O-H un N-H izstiepšanās

• Abas šīs saites parādās pie 3300 cm-1, bet izskatās dažādi.Spirtu O-H, plata ar noapaļotu galu.Otrējais amīns (R2NH), plata ar asu pīķi

galā.Pirmējais amīns (RNH2), plata ar diviem

asiem pīķiem galā.Trešējie amīni (R3N) nedod signālu

31

Spirta IS spektrs

=>

Ūdeņraža saites ietekme

32

33

34

Chapter 12 35

Chapter 12 36

37

Amīna IS spektrs

=>

Chapter 12 38

Chapter 12 39

Chapter 12 40

Chapter 12 41

42

Karbonilgrupas izstiepšanās

• Vienkāršu ketonu un aldehīdu C=O saite absorbē pie 1710 cm-1.

• Parasti tas ir spēcīgākais signāls IS spektrā.

• Karbonskābēm ir arī O-H signāls.

• Aldehīdiem ir divi C-H signāli ar 2700 un 2800 cm-1.

43

Ketona IS spektrs

=>

Chapter 12 44

45

Enolformas attēls

46

Aldehīda IS spektrs

=>

Chapter 12 47

Chapter 12 48

49

Karbonskābes IS spektrs

Karbonskābes O-H saites josla ir īpaši plata pie 2500-3500 cm-1, jo ir spēcīgas ūdeņraža saites

Chapter 12 50

Chapter 12 51

52

Variācijas C=O absorbcijā

• C=O konjugācija ar C=C pazemina izstiepšanās frekvenci līdz ~1680 cm-1.

• Amīda C=O grupa absorbē vēl zemākā frekvencē – 1640-1680 cm-1.

• Estera C=O grupa absorbē augstākā frekvencē pie ~1730-1740 cm-1.

• Karbonilgrupa mazā gredzenā (5 C vai mazāk) absorbē vēl ausgtākās frekvencēs

C=O absorbcija

Chapter 12 53

Chapter 12 54

55

Enolforma !

56

Amīda IS spektrs

=>

Chapter 12 57

Chapter 12 58

Chapter 12 59

Chapter 12 60

Chapter 12 61

Chapter 12 62

63

Oglekļa – slāpekļa izstiepšanās

• C - N absorbē pie 1200 cm-1.

• C = N absorbē ap 1660 cm-1 un ir daudz spēcīgāks par C = C, kas absorbē šajā pat apgabalā.

• C N dod spēcīgu signālu tieši virs 2200 cm-1. Alkīnu C C signāls ir daudz vājāks un tieši zem 2200 cm-1 .

64

Nitrila IS spektrs

=>

65

Kopsavilkums par IS absorbciju

=>=>

66

Plusi un mīnusi

• Pēc viena paša IS nav iespējams noteikt vielas struktūru.

• Daži signāli var piederēt vairākām grupām.• Parasti iespējams noteikt funkcionālās grupas.• Signāla neesamība NAV pierādījums, ka

attiecīgās funkcionālās grupas nav.• Sakritība ar zināma parauga IS apstiprina

parauga identitāti.

67

Masspektrometrija• No ļoti maza parauga iespējams noteikt

molmasu.• Tā neietver sevī starojuma emisiju vai

absorbciju.• Augstas enerģijas elektronu plūsma

sadala molekulu.• Fragmentu masa un to relatīvais

daudzums atklāj informāciju par molekulas uzbūvi. =>

68

Elektrona trieciena jonizācija

Augstas enerģijas elektrons var izsist no saites elektronu, radot katjonradikāli (pozitīvu jonu ar nesapārotu elektronu).

e- + H C

H

H

C

H

H

H

H C

H

H

C

H

H

H

H C

H

H

C

H

H

+ H

69

Jonu atdalīšana

• Magnētiskais lauks noliec tikai katjonus.

• Noliekšanās ir atkarīga no m/z.

• Detektora signāls ir proporcionāls jonu daudzumam, ko tas reģistrē.

• Mainot magnētisko lauku visas masas joni tiek savākti un saskaitīti. =>

Chapter 12 70

Masspektrometrs

=>

71

GH-MS

=>

Maisījuma identifikācija: tas tiek sadalīts ar gāzu hromatogrāfiju, tad komponenti identificēti ar masspektrometriju.

72

Molekulas ar heteroatomiem• Izotopi: tādā pat daudzumā kā dabā.• Ogļūdeņraži satur 1,1% C-13, tādēļ būs neliels

M+1 signāls.• Ja molekulā ir Br, M+2 ir vienāds ar M+.• Ja molekulā ir Cl, M+2 ir trešdaļa no M+.• Ja molekulā ir jods, ir signāls pie127, un ir liels

tukšums.• Ja molekulā ir N, M+ būs nepāra skaitlis.• Ja molekulā ir S, M+2 būs 4% no M+. =>

73

Izotopu izplatība

=>

81Br

74

Masspektrs

Masas tiek attēlotas grafikā vai tabulā atkarībā no to relatīvā daudzuma.

=>

Masspektrs ar slāpekli

Chapter 12 75

76

Masspektrs ar sēru

=>

77

Masspektrs ar hloru

=>

78

Masspektrs ar bromu

=>

Masspektrs ar jodu

Chapter 12 79

Proteīnu masspektrometrija

Chapter 12 80

H...-HN-CH-CO-NH-CH-CO-NH-CH-CO-…OH

Ri-1 Ri Ri+1

AA residuei-1 AA residueiAA residuei+1

N-terminus C-terminus

H...-HN-CH-CO NH-CH-CO-NH-CH-CO-…OH

Ri-1 Ri Ri+1

AA residuei-1 AA residueiAA residuei+1

N-terminus C-terminus

H+

Fragmentu veidošanās

Chapter 12 81

y3

b2

y2 y1

b3a2 a3

HO NH3+

| |

R1 O R2 O R3 O R4

| || | || | || |H -- N --- C --- C --- N --- C --- C --- N --- C --- C --- N --- C -- COOH | | | | | | | H H H H H H H

b2-H2O

y3 -H2O

b3- NH3

y2 - NH3

Chapter 12 82