Teknik analisis

Spektroskopi inframerah membantu Anda menemukan gugus fungsi dalam molekul. Setiap jenis ikatan menyerap (menyerap) radiasi inframerah pada rentang frekuensinya sendiri. Di mana ikatan menunjukkan penyerapan kuat, spektrum memiliki lembah.

Posisi diukur dalam bilangan gelombang (dalam $\text{cm}^{-1}$). Anda diberikan tabel data, jadi Anda tidak menghafal angka-angkanya. Anda hanya mencocokkan lembah dengan ikatan:

• lembah lebar di sekitar $3200$–$3650\ \text{cm}^{-1}$ → ikatan O–H dalam alkohol.
• lembah di sekitar $1700\ \text{cm}^{-1}$ → ikatan C=O (aldehid, keton, asam atau ester).
• lembah lebar $2500$–$3000\ \text{cm}^{-1}$ bersama dengan lembah C=O → asam karboksilat.

Ini berguna untuk memeriksa reaksi. Misalnya, jika propena telah diubah menjadi propan-2-ol, lembah C=C seharusnya hilang dan lembah O–H seharusnya muncul.

Dalam spektrometri massa, sebuah molekul diubah menjadi ion dan diurutkan berdasarkan rasio massa-terhadap-muatan ($m/e$). Spektrumnya adalah sekumpulan puncak pada nilai $m/e$ yang berbeda.

Massa atom relatif dari isotop

Campuran isotop suatu elemen memberikan beberapa puncak. Dari kelimpahan isotop (seberapa umum setiap isotop) Anda dapat menemukan massa atom relatif — rata-rata tertimbang:

Sebagai contoh, klorin adalah 75% $^{35}\text{Cl}$ dan 25% $^{37}\text{Cl}$, menghasilkan $A_r = \dfrac{35 \times 75 + 37 \times 25}{100} = 35.5$.

Ion molekuler dan fragmentasi

Puncak pada $m/e$ tertinggi (puncak ion molekuler, atau puncak ion molekuler, $M^+$) memberikan massa molekul relatif dari seluruh molekul.

Molekul juga pecah menjadi potongan lebih kecil — ini adalah fragmentasi. Jarak antara dua puncak memberi tahu Anda massa potongan yang hilang, sehingga Anda dapat menyarankan setiap fragment. Sebagai contoh, hilangnya 15 berarti gugus $\text{CH}_3$ hilang, dan hilangnya 29 berarti $\text{CHO}$ atau $\text{C}_2\text{H}_5$.

Puncak [M + 1] dan [M + 2]

• puncak [M + 1] kecil berasal dari isotop $^{13}\text{C}$. Jumlah atom karbon $n$ adalah:

• puncak [M + 2] menunjukkan klorin atau bromin. Satu klorin menghasilkan puncak $[M + 2]$ sekitar sepertiga tinggi dari $M^+$ (dari $^{37}\text{Cl}$); satu bromin menghasilkan puncak $[M + 2]$ sekitar tinggi yang sama dengan $M^+$ (dari $^{81}\text{Br}$).

Contoh terpecahkan. Senyawa menunjukkan ion molekuler pada $m/e = 108$ dan puncak dengan tinggi hampir sama pada $m/e = 110$. Spektrum inframerahnya menunjukkan tidak ada serapan lebar di sekitar $3300\ \text{cm}^{-1}$. Tentukan identitasnya. Dua puncak terpisah dua satuan dengan ketinggian kira-kira sama adalah tanda khas $1:1$ dari satu atom bromin (dari $^{79}\text{Br}$ dan $^{81}\text{Br}$); satu klorin akan memberikan rasio $3:1$ sebaliknya. Angkat bromin dari ion molekuler: $108 - 79 = 29$, yang sesuai dengan fragmen $\text{C}_2\text{H}_5$. Tidak adanya puncak lebar di sekitar $3300\ \text{cm}^{-1}$ menyingkirkan kemungkinan $\text{O-H}$, sehingga tidak ada gugus alkohol. Senyawanya adalah bromoetana, $\text{C}_2\text{H}_5\text{Br}$. Bacalah rasio $[M+2]$ secara spesifik daripada sekadar mencatat puncak: $1:1$ berarti bromin, $3:1$ berarti klorin.

• Pada spektrum IR sebutkan bilangan gelombang dan ikatan (O-H lebar $\sim 3200-3600$, C=O $\sim 1700$); gunakan buku data.
• Puncak pada $m/z$ tertinggi adalah ion molekul $\text{M}^+$ dan memberikan $M_r$.
• Jelaskan fragmentasi: celah antara puncak adalah fragmen yang hilang (hilangnya 15 = $\text{CH}_3$, 29 = $\text{C}_2\text{H}_5$ atau CHO).
• Pelajari pola isotop umum (Cl menghasilkan M dan M+2 dengan rasio sekitar 3:1; M+1 dari $^{13}\text{C}$).