적외선분광광도법 (infrared spectroscopy)

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1 적외선분광광도법 (infrared spectroscopy)

2 학습 목표 1. 서론 2. 적외선 흡수 과정 3. 분자의 진동 4. 적외선분광광도계 5. 시료의 조제법
6. 적외선 흡수스펙트럼의 응용

3 적외선흡수 스펙트럼의 응용 화합물의 구조 추정 특정 작용기 존재 여부 판단 시료 및 스펙트럼 자체에 대한 검토 사항
- 순수한 물질을 측정하였는가? - 시료 처리방법, 용매, 농도, cell 두께는 타당한 가? - 분리도와 피크의 강도는 적당한가? - 스펙트럼은 파수단위가 등간격인가 ? No two molecules will give exactly the same IR spectrum (except enantiomers)

4 적외선흡수 스펙트럼의 응용 화합물의 구조 추정 작용기 영역 (functional group region)
- simple stretching ~ 1300 cm-1 영역 : 작용기의 신축진동 - 900 ~ 650 cm-1 영역 : 방향족과 heteroaromatic 화합물의 C-H 변각진동 지문영역 (fingerprint region) - 1300~900 cm-1 영역 - 화합물에 특이적인 스펙트럼을 보이는 영역 - complex vibration

5 적외선흡수 스펙트럼의 응용 화합물의 구조 추정 What to look for in IR spectra
- position (cm-1) - intensity (s, m, w) - shape (narrow, broad)

6 적외선흡수 스펙트럼의 응용 화합물의 구조 추정 IR absorption principle
1) Bonds with more s character absorb at a higher frequency (C-H stretching)  sp3 C-H: 3000~2850 cm-1 (거의 모든 화합물 관측)  aldehyde: 2850~2750 cm-1 (w, 2개 흡수대)  sp2 C-H(방향족, 비닐): 3150~3000 cm-1  sp C-H(alkyne): 3300 cm-1 (s) cf) C-H bending: 1460 cm-1(CH2), 1370 cm-1(CH3) none (CH)

7 적외선흡수 스펙트럼의 응용 화합물의 구조 추정 IR absorption principle
2) Stronger bonds absorb at higher frequency  C-C: 1200 cm-1  C=C: 1660 cm-1 (weak to medium)  CC: 2200 cm-1 (medium sharp peak) cf) CN: 2250 cm-1 (medium sharp peak) 3) Conjugation lowers the frequency  isolated C=C: 1640~1680 cm-1  conjugated C=C: 1620~1640 cm-1  aromatic C=C: 1600 cm-1, 1475 cm-1 (med/strong peak)

8 적외선흡수 스펙트럼의 응용 2. 화합물의 구조 추정: Alkane
Baseline Absorbance/Peak sp3 C-H stretching: lower than 3000 cm-1 CH2 bending: 1465 cm-1 CH3 bending: 1375 cm-1 CH2 bending(rocking) of >4 CH2 groups in open chain: 720 cm-1 (long chain band)

9 적외선흡수 스펙트럼의 응용 2. 화합물의 구조 추정: Alkane Cyclohexane

10 적외선흡수 스펙트럼의 응용 3. 화합물의 구조 추정: Alkene
overtone long chain band -CH3 -CH2 CH2=C- bending sp2 =C-H stretching: higher than 3000 cm-1 =CH oop bending: 1000~650 cm-1 C=C stretching: 1660~1600 cm-1

11 적외선흡수 스펙트럼의 응용 3. 화합물의 구조 추정: Alkene 1-Hexene

12 적외선흡수 스펙트럼의 응용 3. 화합물의 구조 추정: Alkene Cyclohexene

13 적외선흡수 스펙트럼의 응용 4. 화합물의 구조 추정: Alkyne Long chain bending CH3 bending
stretch C-H bending symmetrical stretching CH3 CH2 bending

14 적외선흡수 스펙트럼의 응용 4. 화합물의 구조 추정: Alkyne 4-Octyne

15 적외선흡수 스펙트럼의 응용 5. 화합물의 구조 추정: aromatic ring Toluene

16 적외선흡수 스펙트럼의 응용 5. 화합물의 구조 추정: aromatic ring

17 적외선흡수 스펙트럼의 응용 5. 화합물의 구조 추정: aromatic ring

18 적외선흡수 스펙트럼의 응용 5. 화합물의 구조 추정: aromatic ring

19 적외선흡수 스펙트럼의 응용 6. 화합물의 구조 추정: O-H vs N-H stretching
Both of these occur around 3300 cm-1, but they look different Alcohol O-H free O-H stretching: 3650~3600 cm-1(sharp & medium peak) H-bonded O-H stretching: 3400~3300 cm-1 (broad peak) - Secondary amine (R2NH), broad with one sharp spike - Primary amine (RNH2), broad with two sharp spikes - No signal for a tertiary amine (R3N) 수소결합으로 인한 O-H bond strength 감소

20 적외선흡수 스펙트럼의 응용 6. 화합물의 구조 추정: O-H vs N-H stretching

21 적외선흡수 스펙트럼의 응용 6. 화합물의 구조 추정: O-H vs N-H stretching Alcohol Long chain
bending CH3 bending CH2 bending

22 적외선흡수 스펙트럼의 응용 6. 화합물의 구조 추정: O-H vs N-H stretching 2급 Amine

23 적외선흡수 스펙트럼의 응용 6.1. 화합물의 구조 추정: C-O stretching
C-O stretching: 1300~1000 cm-1 (strong) 1o, 2o, 3o alcohol assignment

24 적외선흡수 스펙트럼의 응용 6.1. 화합물의 구조 추정: C-O stretching
1-Hexanol (neat), all are H-bonded

25 적외선흡수 스펙트럼의 응용 6.1. 화합물의 구조 추정: C-O stretching
p-Cresol (neat), all are H-bonded C-O stretching: 1300~1000 cm-1 (strong)

26 적외선흡수 스펙트럼의 응용 7. 화합물의 구조 추정: R-O-R’

27 적외선흡수 스펙트럼의 응용 7. 화합물의 구조 추정: R-O-R’

28 적외선흡수 스펙트럼의 응용 7. 화합물의 구조 추정: R-O-R’

29 적외선흡수 스펙트럼의 응용 8. 화합물의 구조 추정: Carbonyl stretching
C=O bond of simple ketones, aldehydes, and carboxylic acids absorb around 1710 cm-1 Usually, the strongest IR signal Carboxylic acids have O-H (3400~2400 cm-1, broad) Aldehydes have two C-H signals around 2700 & 2800 cm-1

30 적외선흡수 스펙트럼의 응용 8. 화합물의 구조 추정: Carbonyl stretching Ketone

31 적외선흡수 스펙트럼의 응용 8. 화합물의 구조 추정: Carbonyl stretching Aldehyde

32 적외선흡수 스펙트럼의 응용 8. 화합물의 구조 추정: Carbonyl stretching Carboxylic acid
O-H absorbs broadly, cm-1, due to strong hydrogen bonding

33 적외선흡수 스펙트럼의 응용 8.1. 화합물의 구조 추정: Vibration in C=O absorption
Conjugation of C=O with C=C lowers the stretching frequency  ~1680 cm-1 C=O group of an amide absorbs at an even lower frequency, cm-1 C=O of ester absorbs at a higher frequency, ~ cm-1 Carbonyl groups in small rings (5 C’s or less) absorb at an even higher frequency

34 적외선흡수 스펙트럼의 응용 8.1. 화합물의 구조 추정: Vibration in C=O absorption

35 적외선흡수 스펙트럼의 응용 8.1. 화합물의 구조 추정: Vibration in C=O absorption Amide

36 적외선흡수 스펙트럼의 응용 9. 화합물의 구조 추정: C-N stretching C – N: around 1200 cm-1
C = N: around 1660 cm-1, much stronger than the C = C absorption in the same region C  N: strongly just above 2200 cm-1, (cf) alkyne C  C signal is much weaker and is just below 2200 cm-1

37 적외선흡수 스펙트럼의 응용 9. 화합물의 구조 추정: C-N stretching Nitrile

38 적외선흡수 스펙트럼의 응용 10. 화합물의 구조 추정: Check List

39 적외선흡수 스펙트럼의 응용 10. 화합물의 구조 추정: Check List

40 적외선흡수 스펙트럼의 응용 11. 화합물의 구조 추정: Summary of IR absorption

41 적외선흡수 스펙트럼의 응용 11. 화합물의 구조 추정: Summary of IR absorption

42 적외선흡수 스펙트럼의 응용 12. 확인 시험 Guaifenesin 확인시험 - 이 약 및 구아이페네신 표준품을 건조하여 적외부
스펙트럼측정법의 브롬화칼륨 정제법에 따라 측정할 때 같은 파수에서 같은 정도의 흡수를 나타낸다 Nifedipine 확인시험 - 이 약을 건조하여 적외부흡수스펙트럼 측정법의 브롬화칼륨 정제법에 따라 측정할 때, 파수 3330 cm-1, 1680 cm-1, 1528 cm-1, 1226 cm-1, 745 cm-1 부근에서 흡수를 나타낸다

43 적외선흡수 스펙트럼의 응용 Q1. 다음 phenylacetylene의 적외선 스펙트럼에서 어떠한 흡수띠를 확인할 수 있는가?
1450~1600 cm-1: aromatic ring 2100 cm-1 : CC 3200 cm-1 :C-H

44 적외선흡수 스펙트럼의 응용 Q2. 다음 미지 화합물의 적외선 스펙트럼이다. 이 화합물에는 어떤 작용기가 들어있는가?
carbonyl group: 1725 cm-1 aromatic ring: 1800~2000 cm-1 C-H: 3030 cm-1