光谱学有机化合物的

直到20世纪中期,大多数有机食品化合物在很大程度上区别于另一个简单的物理和化学性质的基础。这些属性的知识,然而,收益率只有肤浅的线索化合物的分子结构和结构的确定是一个复杂的过程(至少对大分子),仔细分析涉及的几个反应通路。化学家们没有办法看到分子是什么样子,因为分子太小,没有设备等显微镜可以开发,给一个完整的分子结构的图像。一种技术,x射线晶体学一些分子,可以精确的结构数据,但只有那些可以获得的固体,水晶形体。通常,一个完整的x射线结构的决心是一个昂贵的,耗时的奋进号,只适用于最令人费解的结构。足够的信息解读分子的结构更容易获得通过使用一个或多个光谱技术。

光谱学是一个一般术语使用仪器过程中分子结构信息的获得通过仔细分析吗吸收,散射或排放电磁辐射的化合物。电磁辐射是能量波从极短的连续光谱波,如高能x射线(波长大约10纳米(纳米)),很长,低能量波,如无线电波(波长的一米[m]或更多)。可见光例如,电磁辐射的范围被人类的视觉,和波长的大约400到700纳米。对象出现彩色时吸收特定波长的可见光,这些吸收波长是因此缺席光从颜色对象的眼睛。

分子能够吸收特定波长的光,因为吸收光的能量所需的精确值导致兴奋的从一个分子能量状态较高的一个。的无数能级的分子是量子化的,因为每一个不同于另一个通过一个离散的,可测量的能量价值,正如每一步阶梯是一个固定的高度,或低于,所有其他人。因此,通过测量波长的电磁辐射吸收的分子,可以获得不同能级的信息。这些信息可以与特定分子结构的细节。仪器称为光谱仪测量的波长的光被分子吸收电磁的各个地区光谱。决心是最重要的光谱技术结构紫外线可见光谱,红外光谱,核磁共振光谱学。第四个方法,称为质谱分析,不依赖于吸收的电磁辐射,但这对它所提供的信息是有价值的关于原子的数目和类型出现在一个分子。下面简要描述这些技术的各种应用程序的有机化合物;有关更多信息,看到光谱学。

紫外线和(紫外可见)光谱

大多数有机化合物是透明的相对高能辐射构成紫外线(200 - 400 nm)和可见(400 - 700 nm)的一部分电磁波谱在溶液中,因此出现无色。这是因为电子在σ键有机分子需要波长的更高能量(如x射线)来激发他们访问能源再高一级的货。电子π键然而,可以提升到更高的能级紫外线和可见光,和紫外可见光谱结果提供有用的分子结构信息含有π键。当多个π键分开通过干预单键,他们说共轭。

一个分子的紫外可见光谱的存在显著影响动词的词形变化。随着共轭π键的数量增加,紫外可见光谱显示更多的不同波长的光吸收。、频谱包含更多的吸收峰)和长波长(和较低的能量)的吸收。通常紫外可见光谱的许多个人的山峰合并产生一个连续的吸收光谱,与一些最强大的个人吸收峰出现大幅飙升。例如,紫外可见光谱甘菊蓝,一个分子包含五个共轭π键,显示了强大的吸光度在电磁波谱的可见区域,这与它的强烈的蓝色。

天然有机化合物,具有高度的包含一个广泛的系统的共轭π键。的复合主要负责明亮的橙色胡萝卜,β-carotene,包含11个共轭π键。紫外可见光谱法对分子尤其丰富,含有共轭π键。

红外(IR)光谱

在有机化合物,原子据说连着彼此通过吗σ键当两个成键原子相互吸引在一起的他们之间的共享电子对。两个原子不以一个固定的距离保持不变,然而。他们可以自由来回振动平均距离称为平均分离键长。这些运动被称为拉伸振动。此外,债券轴(定义为线直接连接两个键合原子)的债券可能岩石内来回飞机它与另一个股票债券或来回弯曲外,飞机。这些运动被称为弯曲振动。拉伸和弯曲振动代表不同能级的分子。这些能量差异与能量的波长相匹配红外区域的电磁spectrum-i.e。,those ranging from 2.5 to 15 micrometres (μm; 1 μm = 10⁻⁶米)。红外分光光度计是一个仪器,通过红外线通过有机分子,产生光谱包含一块传播在纵轴上的光线的波长红外辐射在水平轴上。在红外光谱吸收峰点向下因为纵轴是通过样品的辐射的透射率百分比。吸收的辐射会降低透光率百分比价值。因为所有债券在一个有机分子与红外辐射交互,红外光谱提供大量的结构数据。

强烈的伸展振动碳氢键导致吸收约3.4μm,与尖锐的峰值3.2μm由于氢原子碳碳双键。碳氢键导致复杂的许多弯曲振动吸收模式从7到25μm。这个区域的红外光谱称为指纹区,因为吸收模式高度复杂的但每个独有的有机结构。拉伸振动碳和碳氧双键在6.1和5.8μm很容易识别,分别。大部分的官能团有特点的红外吸收类似碳氧和碳碳双键。红外光谱是非常有用的对于确定类型的官能团在有机分子。

核磁共振(NMR))光谱

长期的吸收波长(1 - 5米)低能辐射电磁波谱的射频地区是由于原子核分子。很多(但不是全部)原子核有一个小磁场,这使得他们的行为有点像小酒吧磁铁。当放置在一个强大的外部磁场,这样的核可以假设不同能量状态;在最简单的情况下,两种能量状态是可能的。在低能量状态下,原子核的磁场与外部磁场,在更高的能量状态,它是一致的反对。两个层次之间的能量差取决于外部磁场的强度。在现代核磁共振光谱仪、有机化合物是放置在磁场从1.4到18.0特斯拉(T)和与射频电波辐射。相比较而言,地球的磁场约为0.00007 T磁场强度为1.4 T,低和高能级之间的能量差的¹H质子核只有0.024 J mol-1。电磁辐射的频率大约60兆赫(MHz)可以提供低能量状态转换为所需要的能量越高。磁能级之间的能量差核的测量作为一个吸收峰,或共振。因为吸收辐射的能量取决于环境分子在吸收核,核磁共振光谱学提供最结构信息的光谱技术中使用化学。特别是有价值的质子核磁共振光谱学,措施共振由于氢原子能量吸收的有机化合物,和碳13核共振产生共鸣的光谱,由于原子所吸收的碳13 (¹³C),一个自然发生的同位素的碳包含6个质子和7中子。