Post on 11-Mar-2020
Spektroskopie-Seminar
3 Infrarot-Spektroskopie3.1 Schwingungsmodi
• Moleküle werden mit Licht im Infrarot-Bereich (400-4000 cm-1) bestrahlt
• Durch Absorption werden Schwingungen im Molekül angeregt
• Im IR-Spektrum werden die absorbierten Wellenlängen in Form von Banden sichtbar
�� =1
λ=
�
�
�� = ��
Symmetrische Asymmetrisch Deformationsschwingung (δ)
Valenzschwingung (ν)
Wellenzahl ��:
Schwingungsmodi:
λ = Wellenlänge, f = Frequenz, c = Lichtgeschwindigkeit
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Spektroskopie-Seminar
3 Infrarot-Spektroskopie3.1 Schwingungsmodi
• Bindungen zwischen Atomen können als Federn
betrachtet werden (harmonischer Oszillator)
• Je stärker die Feder, desto mehr Energie ist nötig,
um Schwingungen anzuregen
• umso größer sind Frequenz und Wellenzahl
�� =
�=
�
�� =
��
�
�
� = Kraftkonstante µ = reduzierte MasseIR-aktiv sind nur solche Schwingungen, bei denen sich das Dipolmoment ändert
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Spektroskopie-Seminar
3 Infrarot-Spektroskopie3.2 Absorptionsbanden allgemein
Stärkere Bindung � höhere Wellenzahl
Schwerere Atome u. Gruppen
� kleinere Wellenzahl
Valenzschwingungen: 4000-1500 cm-1
Deformationsschwingungen: ca. <1500 cm-1
X-H-Bereich
C-H-BereichDreifachbindungs-Bereich
Doppelbindungs-bereich
Charakteristischer Bereich für funktionelleGruppen
Fingerprint-Bereich
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Spektroskopie-Seminar
3 Infrarot-Spektroskopie3.3 Schwingungsdaten wichtiger Strukturelemente
Schwingung �� ��� Bemerkung
C-O-C Valenz 1150-1020 Scharfe Bande
C-O Valenz, primäre Alkohole 1050-1010
C-O Valenz, sekundäre+tertiäre Alkohole 1200-1100 5
Spektroskopie-Seminar
3 Infrarot-Spektroskopie3.4 Schwingungsdaten wichtiger Strukturelemente
CH-Bindungen
Valenzschwingung der C-H Bindung liegt zwischen:
3300 cm-1 >3000 cm-1 <3000 cm-1 2850 cm-1
sp-CH sp2-CH sp3-CH
Je höher der s-Anteil der Bindung, desto stärker und somit kürzer die Bindung und desto höher die Wellenzahl (mehr Energie zur Anregung nötig)
sp3
sp2
sp 6
Spektroskopie-Seminar
3 Infrarot-Spektroskopie3.4 Schwingungsdaten wichtiger Strukturelemente
Beispiel Octadiin
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Spektroskopie-Seminar
3 Infrarot-Spektroskopie3.4 Schwingungsdaten wichtiger Strukturelemente
Beispiel Heteroatom-H Bindungen
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3.4 Schwingungsdaten wichtiger Strukturelemente
Carbonyl-Verbindungen
Wellenzahl zwischen:
1800 cm-1 1550 cm-1
Säurehalogenide Ester Aldehyde Ketone Amide Carboxylate
kurze CO-Bindung lange CO-Bindung
Je stärker die Mesomerie (+M) und der positive induktive Effekt (+I), desto kleiner die Wellenzahl!
-I-Effekt führt zu größeren Wellenzahlen (siehe Säurehalogenide)
Spektroskopie-Seminar
3 Infrarot-Spektroskopie
H
O O
1700 cm-1
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3.4 Schwingungsdaten wichtiger Strukturelemente
Beispiele für Carbonylbanden
Spektroskopie-Seminar
3 Infrarot-Spektroskopie
O
O
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3.4 Schwingungsdaten wichtiger Strukturelemente
C=C-Doppelbindungen
Spektroskopie-Seminar
3 Infrarot-Spektroskopie
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Spektroskopie-Seminar
3 Infrarot-Spektroskopie
sp2
ortho
para
meta (sehr klein)
3.4 Schwingungsdaten wichtiger Strukturelemente
Aromaten
CH-Schwingungen an unterschiedlich substituierten Aromaten:
Ringschwingung (C=C-Valenzschwingungen, mittelstark):
1610-1590 cm-1, 1500-1480 cm-112
Spektroskopie-Seminar
3 Infrarot-Spektroskopie3.4 Schwingungsdaten wichtiger Strukturelemente
Aromaten
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Spektroskopie-Seminar
3 Infrarot-Spektroskopie3.4 Schwingungsdaten wichtiger Strukturelemente
CO2
• Das IR-Spektrum von Luft zeigt
zwei intensive Banden zwischen
• 2400 und 2300 cm-1
• (O=C=O-Valenzschwingungen)
• Sind sehr oft in selbstgemessenen
Spektren noch zu sehen
• Gehören nicht zur Probe!
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Spektroskopie-Seminar
3 Infrarot-Spektroskopie3.5 Anwendung
• Strukturaufklärung
• Funktionelle Gruppen erzeugen charakteristische Banden
• Unterscheidung von Substanzen mit ähnlichen NMR-SpektrenBeispiel: Sulfon- und Sulfid-Gruppe
• IR-Spektrum = Fingerabdruck eines Moleküls (vor allem Fingerprint Bereich)
• ABER! Aussehen des Spektrums ist abhängig von Messform (also: Lösung, KBr-Pressling)
• Anzahl der Banden kann Aufschluss über die Symmetrie (Punktgruppe) von Komplexen liefern
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Spektroskopie-Seminar
3 Infrarot-Spektroskopie3.6 Literaturverweise
Kurze Einführung und ausführliche Tabellen, im hinteren Teil des Organikums sind repräsentative Spektren für verschiedene Verbindungsklassen abgebildet:
• Organikum, 22. Aufl., S. 90 ff. und Kapitel E. “Identifizierung”
Ausführliches Standardwerk über Spektroskopie:
• Hesse Meier Zeeh, Spektroskopische Methoden in der organischen Chemie, 6. Aufl., S. 31 ff
Gutes Handout der Uni Stuttgart
• http://www.uni-stuttgart.de/ochem/lehre/praktika/2011/2011wise/2011wise-umwa/Handout_IR_6.pdf
Umfangreiche Datenbank mit einer Vielzahl von Spektren:
• http://sdbs.db.aist.go.jp/sdbs/cgi-bin/direct_frame_top.cgi
Gute Übung zur Auswertung von IR-Spektren finden sich auf Youtube, z. B.:
• https://www.youtube.com/watch?v=mJt1QI-yDG4
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