İNFRARED SPEKTROSKOPİSİ

İNFRARED SPEKTROSKOPİSİ

CH₃CH CH₂C CH₃ O

CH₃

IR spektroskopisi organik bileşiklerin yapı tayininde etkin olarak kullanılan bir enstrümental tekniktir:

• Atomların nasıl birbirine bağlandığı?

• Hangi bağların tekli, ikili veya üçlü olduğu?

• Hangi fonksiyonlu grupların molekülde bulunduğu?

• Steroizomerlerin varlığı?

gibi sorulara IR kolayca cevap verir.

4-Metil-2-pentanonun IR spektrumu

IR Işıması ve IR Spektroskopisi

Kızıl-ötesi ışımalar elektromagnetik spektrumda görünür bölge ile mikrodalgalar arasındaki bölgede yer alır.

IR bölgesi dalga boyu aralığı: 0,8 – 500 µm;

IR bölgesi dalga sayısı aralığı: 12.500 – 20 cm^-1

IR Bölgesi spektroskopide 3 bölge olarak ele alınır:

• Yakın IR bölgesi 12.500 – 4000 cm^-1

• IR bölgesi 4000 – 400 cm^-1

• Uzak IR bölgesi 400 – 20 cm^-1

IR Işıması ve IR Spektroskopisi

Kızılötesi spektroskopi 4000 – 400 cm^-1 arasında kaydedilir ve yapı tayininde bu bölge daha faydalıdır.

IR spektroskopisi yapı tayininde iki farklı şekilde kullanılır:

• Organik bir molekülde fonksiyonel grupların ve bağların belirlenmesi ile yapı tayini,

• Bilinen molekül spektrumları ile bilinmeyen bileşiğin IR spektrumunun karşılaştırılması.

Kızılötesi spektroskopi, molekül tarafından kızılötesi bölgede belirli dalga boylarında (frekanslar, dalga sayıları) ışımaların soğurulmasına dayanır.

Bu absorpsiyonlar, moleküllerdeki bazı bağ titreşim hareketlerinin uyarılması için gereken enerjilere karşılık gelir.

IR ışımaları, moleküllerde farklı seviyelerde titreşimlerin ve dönmelerin uyarılmasına neden olur.

Bu sayede bağların titreşim genlikleri atomların kütlesine, bağ kuvvetine, bağ polaritesine ve moleküllerin geometrisine bağlı olarak arttırılır.

Bağ titreşimleri sırasında bağların dipol momentleri değişir ve IR ışımasının soğurulması ile uyarılır.

IR ışımaları herhangi bir elektronik uyarılmaya ve/veya bağ bölünmesine neden olmaz.

Moleküller genellikle çok sayıda bağa sahiptir ve her bağın birkaç IR aktif titreşim modu olabilir.

IR spektrumları, yeterince karmaşık olmalarından dolayı her bir bileşiğin spektrumu benzersizdir ve bu, IR spektrumlarını bileşiklerin tanımlanması için çok faydalı kılar.

Gerçek numunelerden alınan spektrumlarla bilinmeyeni karşılaştırma - parmak izi alma

Gerilme titreşimleri

Titreşim türleri

IR aktif titreşimler: İki grup titreşim türü vardır; gerilme ve eğilme titreşimleri

Simetrik gerilme. Simetrik olmayan gerilme

Denge bağ gerilmiş yay sıkıştırılmış yay uzunluğu

Moleküler titreşim türleri

Sallanma- düzlem dışı Bükülme Makaslama

Titreşim örnekleri

Titreşim örnekleri

IR spektrumu, belirli bir titreşim geçişi içinde çeşitli dönme geçişlerinin de

birleşmesinden dolayı çizgi spektrumundan ziyade esas olarak temel bantları gösterir.

IR spektrumu genellikle karmaşıktır ve temel titreşim geçişlerine karşılık gelen bantlara ek olarak birçok bant içerir.

Katlı Tonlar: Temel titreşimin tam katlarına karşılık gelen bantlar. Bunlar, temel durumdan daha yüksek titreşim durumlarına geçişten kaynaklanmaktadır. Çok zayıf bantlardır. 1050 cm-1'deki bir absorpsiyon bandı, 2100 (2ν) ve 3150 (3ν) cm-1’de eşlik eden katlı tonlar verebilir.

Kombinasyon bantları: Molekül içinde iki titreşim frekansının birleşerek

molekülde yeni bir soğurma frekansı oluşturur. Bu bant, etkileşen iki bandın toplamıdır ve nadir gözlenir.

Fark bantları: Kombinasyon bantlarına benzer. Gözlenen frekans, etkileşen iki frekans arasındaki farktır.

Fermi rezonansı: Temel bir titreşim, üst ton veya kombinasyon bandı ile birleştiğinde, birleştirilmiş titreşime Fermi rezonansı denir.

K = kuvvet sabiti (N/m) m = atomik kütle

µ = indirgenmiş kütle Hooke Yasasına göre;

Dalga sayısı (veya frekans, cm^-1) ile bağ ilişkisi IR ışımasının absorpsiyonu, bağların titreşim genliklerini arttırır

2150cm^-1 1650cm^-1 1200cm^-1

K

DİPOL MOMENTİ

IR aktif olmayan bağlara örnekler

C C R R

R

R R

R H-H Cl-Cl

Simetrik iki atomlu moleküller

Çoğu C-C bağı Güçlü soğurucular

polar bağlar

C=O C-O O-H N-H

Dipol momenti olan bağlar kızılötesi ışımaları soğurur.

Dipol momenti olmayan bağlar IR aktif değildir.

Simetrik alkin ve alkenler

2.5 4 5 5.5 6.1 6.5 15.4

4000 2500 2000 1800 1650 1550 650

Dalga sayısı (cm^-1) Dalga boyu (µm)

O-H C-H N-H

C=O C=N Weak

bands C=C

C-Cl C-O C-N X=C=Y C-C

(C,O,N,S) C N

C C

IR absorpsiyon bölgeleri

(Gerilme titreşimleri verilmiştir.)

N=O N=O*

•Nitro grubu

•(2 pik)

FTIR Spektrumu

% Geçirgenlik% Absorbans

0 100

Infrared Spektrometre

- Double beam

Saçılmalı tip spektrometre - Çift ışımalı

Monokromatör Numune

bölmesi IR kaynağı

kesici

spektrometre

Bilgisayar Hareketli

ayna

Sabit ayna

IR ışın kaynağı

IR dedektörü

Perkin-Elmer Spectrum 100 FTIR

Fonksiyonlu Grupların IR

Absorpsiyon Frekansları

IR’de Fonksiyonlu grupların titreşim bölgeleri

Absorption

Dalga sayısı (cm^-1)

Parmak izi bölgesi 600-1500cm^-1 Çift bağ bölgesi

1500-1900cm^-1 Üçlü bağ bölgesi

1900 2500cm^-1 2500

İla 4000cm^-1

4000 3800 3600 3400 3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000

IR : 4000 - 2000 cm^-1 Bölgesi - Gözlenen bantlar

2000 1900 1800 1700 1600 1500

IR : 2000 - 1500 cm^-1 Bölgesi - Gözlenen bantlar