Opetus.tv PRO
Opetus.tv
Analyysimenetelmät
KE3: Molekyylit ja mallit 5/5
Spektroskopia
Sidos 3: Luku 12
Keskeiset asiat:
-
sähkömagneettinen säteily
-
spektri
-
IR-spektroskopia
-
NMR-spektroskopi
-
1H-NMR-spektri
Sähkömagneettinen säteily
- on aaltoliikettä, joka kuljettaa energiaa
- virittää molekyylejä
-
eri säteilylajeja, joilla on eri aallonpituus ja energia
- eri säteilylajit aiheuttavat erilaisia virittyneitä tiloja molekyyleihin
IR-spektroskopia
- perustuu molekyylin ja infrapunasäteilyn väliseen vuorovaikutukseen:
- molekyylin sidokset värähtelevät
luonnollisesti eri aallonpituuksilla - molekyylin absorboima
säteilyenergia saa molekyylin
sidosten värähtelyn voimistumaan
- molekyylin sidokset värähtelevät
aaltoluku (cm−1) kuvaa värähdysliikkeen energiaa
Vesimolekyylin IR-spektri
3915 cm−1
3803 cm−1
1664 cm−1
transmittanssi kuvaa sitä, kuinka suuri osa säteilystä läpäisee näytteen
- spektriä voidaan käyttää tiettyjen funktionaalisten ryhmien tunnistamiseen
- eri ryhmien aaltoluvut listattu esim. MAOLiin
IR-spektroskopia
sormenjälkialue
(<1500 cm−1)
- molekyylille tyypilliset värähdykset näkyvät täällä
- tunnistus voidaan varmistaa vertaamalla sormenjälkialuetta oletettuun spektriin
funktionaaliset ryhmät (>1500 cm−1)
- vaikuttavat absorptiopiikin paikkaan
- intensiteettiin
- muotoon
IR-spektri
- Eri sidokset aiheuttavat spektriin erilaisia piikkejä
osa funktionaalisista ryhmistä näkyy sormenjälkialueella
tämän perusteella ei voi tunnistaa yhdistettä
O - H
C = O
C - O
Etaanihapon IR-spektri
IR-spektrit MAOLissa
NMR-spektroskopia
- perustuu atomiytimien vuorovaikutukseen säteilyn kanssa
voimakkaassa magneettikentässä - NMR-spektrin piikit kuvaavat ytimiä erilaisissa kemiallisissa ympäristöissä
- spektrin vaaka-akseli kuvaa kemiallista siirtymää eli sitä, kuinka paljon ytimen kemiallinen ympäristö poikkeaa
vertailuaineesta
Etanolin 1H-NMR-spektri
vedyt kiinni hiilessä, jossa on kiinni yksi hiili
vedyt kiinni hiilessä, jossa on kiinni
yksi hiili ja OH
OH-ryhmän vety
- Miksi spektrissä on kolme piikkiä?
- mitä lähempänä elektronegatiivisinta atomiydintä vety on, sitä suurempi siirtymä on
erot absorptioissa hyvin pieniä
H-NMR-spektroskopia
Esimerkki
Kuinka monta piikkiä on 2-pentanolin H-NMR-spektrissä?
6 piikkiä
Esimerkki
Laboratorion pöydällä on oheinen H-NMR-spektri ja spektrin vieressä pullot etyylimetyylieetteriä ja dimetyylieetteriä. Voidaanko spektrin avulla päätellä varmasti, kumman kemikaalin spektristä on kyse?
kaksi erilaista ympäristöä
Suhdekaavan määrittäminen
Sidos 3: Luku 13
Keskeiset asiat:
-
suhdekaava
-
suhdekaavan laskeminen massaprosenteista
-
massaspektrometria
-
molekyylikaavan laskeminen suhdekaavasta
Suhdekaava
- ilmoittaa eri alkuaineatomien suhteelliset määrät aineessa
- suhdekaavan kertoimet ovat pienimmät mahdolliset kokonaisluvut, joilla suhteelliset määrät voi ilmoittaa
- voidaan määrittää kokeellisesti → empiirinen kaava
- orgaaniselle yhdisteelle voidaan ilmaista joskus muodossa (CH2O)n
Molekyylikaava
Suhdekaava
glukoosi
etikkahappo
C6H12O6
\mathrm{C_6H_{12}O_6}
C2H4O2
\mathrm{C_2H_{4}O_2}
CH2O
\mathrm{CH_{2}O}
glukoosi
etikkahappo
CH2O
\mathrm{CH_{2}O}
Massaspektrometria
- perustuu yhdisteen hajottamiseen ja varaamiseen elektronisuihkulla
- spektristä voidaan lukea tutkitun yhdisteen moolimassa
- spektrin vaaka-akseli kuvaa molekyylin palasten massoja
toiseksi viimeinen piikki kertoo moolimassan
C-13-isotoopin aiheuttama M+1-piikki
Esimerkki
Polttoanalyysin perusteella yhdisteen massaprosenttinen koostumus on C (62,04 %), H (10,41 %), O (27,55 %). Piirrä yhdisteen rakennekaava, kun IR-spektrin pohjalta on päätelty, että yhdisteessä on karbonyylihiili. Ohessa on näytteestä ajettu massaspektri ja H-NMR-spektri.
1) Suhdekaava
Massaprosenttinen koostumus: C (62,04 %), H (10,41 %), O (27,55 %).
Oletetaan, että yhdistettä on 100 g.
Alkuaineiden suhde saadaan jakamalla ainemäärät pienimmällä ainemäärällä.
≈3
\approx3
≈6
\approx6
n(C):n(H):n(O)
\begin{aligned}n(\text{C}):n(\text{H}):n(\text{O})\end{aligned}
=3:6:1
=3:6:1
Suhdekaava: (C3H6O)n
n=Mm
n=\frac{m}{M}
2) Molekyylikaava
toiseksi viimeinen piikki
M(yhdiste)=58 molg
M((C3H6O)n)=M(yhdiste)
M((\mathrm{C_3H_6O})_n)=M(\text{yhdiste})
58,078n=58
58{,}078n=58
∥:58,078
\|:58{,}078
n≈1
n\approx1
Molekyylikaava: C3H6O
3) Piirretään mahdolliset rakennekaavat
Yhdiste sisältää karbonyylihiilen eli hiilen, johon on sitoutunut kaksoissidoksella happi.
→ aldehydi tai ketoni
4) H-NMR-spektrin tulkinta
Spektrissä on kolme piikkiä, joten yhdisteestä löytyy kolme erilaista vedyn ympäristöä. Yhdisteen täytyy siis olla propanaali.
5) Tarkistus MarvinSketchillä (ei tarvitse liittää ratkaisun osaksi)
H-NMR-spektri näyttää samalta!
H-NMR
Massaprosenttinen koostumus on sama!
Massaspektrin piikit ovat samoissa kohdissa!
massaspektri
Extraesimerkki
Laboratorioanalyysissä todettiin, että C-vitamiinin massasta 40,9 % hiiltä, 4,57 % vetyä ja 54,5 % happea. Mikä on C-vitamiinin suhdekaava?
Ratkaisu:
Oletetaan, että C-vitamiinia on 100 g.
n(C):n(H):n(O)
n(\text{C}):n(\text{H}):n(\text{O})
=3,405...:4,533...:3,406...
=3{,}405...:4{,}533...:3{,}406...
=1:1,33..:1,00...
=1:1{,}33..:1{,}00...
jaetaan kaikki ainemäärät pienimmällä ainemäärällä
=3:4:3
=3:4:3
kerrotaan kaikki ainemäärät sellaisella luvulla, että ainemääriksi tulee kokonaisluvut
Suhdekaava on (C3H4O3)n.
Aina suhdekaavaan ei tule heti kokonaislukuja...
Analyysimenetelmät KE3: Molekyylit ja mallit 5/5
KE3: 5/5 Analyysimenetelmät
By Opetus.tv
KE3: 5/5 Analyysimenetelmät
- 320
