FTIR axit cacboxylic: Đọc các dải C=O, O-H và C-O một cách tự tin

FTIR axit cacboxylic: Ba dải, một phán đoán

Hướng dẫn hiện trường đơn giản dành cho các nhà phân tích cần câu trả lời tự tin từ phổ hồng ngoại trong mười phút đầu tiên.

Một loại bột màu trắng nhạt xuất hiện trên băng ghế, được dán nhãn "axit 2,5-furandicarboxylic, gốc sinh học, 98%." Trước khi bạn thiết lập phương pháp sắc ký hoặc chuẩn độ giọt đầu tiên, một câu hỏi thường quyết định liệu phần còn lại của quá trình phân tích có đáng giá hay không: axit cacboxylic có thực sự ở đó không? Mười phút sau, phổ FTIR đã có phản hồi. Độ hấp thụ rộng, không đồng đều từ 3000 đến 2500 cm ^-1 , một dải carbonyl sắc nét và mãnh liệt gần 1700 cm ^-1 , và một đoạn C-O chắc chắn kéo dài khoảng 1250 cm ^-1 . Đó là toàn bộ thông điệp.

Đây là kết luận: FTIR là cách đơn giản nhanh nhất để xác nhận cấu trúc axit cacboxylic và nó chỉ yêu cầu nền tảng rõ ràng và con mắt cẩn thận. Phần còn lại của hướng dẫn này giải thích lý do tại sao ba cửa sổ hoạt động, điều gì làm thay đổi chúng và những sai sót của người mới bắt đầu.

Axit cacboxylic ở trạng thái lỏng hoặc rắn không có đỉnh O-H "sạch". Tính rộng rãi không phải là một tạo tác; đó là phân tử cho bạn biết nó đóng gói như thế nào.

Ba dải xác định axit cacboxylic

Mỗi axit cacboxylic, từ axit axetic đến diaxit polyme trong nhà máy thí điểm vật liệu tái tạo, đều có ba khả năng hấp thụ neo giống nhau. Tìm hiểu các cửa sổ này và bạn sẽ nhận ra nhóm chức ở hầu hết mọi ma trận trong vòng một phút.

Sự kéo dài carbonyl là mỏ neo. Trong pha ngưng tụ, axit cacboxylic bão hòa thường có dải C=O trong khoảng từ 1710 đến 1720 cm ^-1 , với phạm vi được chấp nhận đầy đủ kéo dài từ 1780 xuống đến 1710 cm ^-1 . Bởi vì đây là một trong những sự hấp thụ mạnh nhất trong quang phổ nên đây là điều đầu tiên bạn tìm kiếm. Độ giãn O-H là dấu hiệu rộng để phân tách axit khỏi este hoặc xeton: nó xuất hiện từ 3000 đến 2500 cm ^-1 , có tâm gần 3000 cm ^-1 và thường đủ rộng để làm cho toàn bộ khu vực trông "lộn xộn". Độ giãn C-O, từ 1320 đến 1210 cm ^-1 , là đối tác thứ ba trầm lặng; nó mạnh, nhưng trong diaxit nó có thể tách thành nhiều dải, vì vậy hãy coi nó như một sự xác nhận hơn là đầu mối chính.

Nếu bạn chỉ nhớ được ba số, hãy đặt chúng là 1710, 3000 và 1250.

Tại sao vết căng O-H trông lộn xộn (và tại sao điều đó là bình thường)

Axit cacboxylic liên kết hydro với nhau. Ở trạng thái rắn hoặc lỏng nguyên chất, hai phân tử tạo thành một dimer tuần hoàn được giữ với nhau bằng cầu O-H···O=C và liên kết hydro đó lan truyền dao động kéo dài O-H trên một cao nguyên rộng từ khoảng 3000 xuống 2500 cm ^-1 . Những người mới bắt đầu thường đổ lỗi cho nhạc cụ; nó không thất bại. Vùng O-H rộng, phức tạp là đặc tính trong sách giáo khoa của axit cacboxylic, không phải là một vật phẩm công cụ.

Pha loãng trong dung môi không phân cực sẽ phá vỡ các dimer và có thể làm lộ ra dải OH "tự do" sắc nét hơn gần 3550 cm ^-1 . Tuy nhiên, trong công việc thông thường trong phòng thí nghiệm, mẫu là dạng nguyên khối, dạng viên rắn hoặc tinh thể ATR, do đó, hãy mong đợi đường bao rộng. Hậu quả thực tế rất đơn giản: đừng chờ đợi một pic OH mỏng, sạch trong axit pha ngưng tụ.

Vị trí cacbonyl: Sự thay thế và liên hợp có tác dụng gì với nó

Dải carbonyl không cố định. Các nhóm hút electron trên carbon liền kề làm tăng tần số kéo dài, trong khi liên hợp với liên kết đôi hoặc vòng thơm làm giảm tần số kéo dài. Do đó, một axit thơm hoặc bất kỳ axit nào liên hợp với liên kết đôi có thể nằm ở 1685-1710 cm ^-1 , trong khi axit béo bão hòa ở gần 1710-1720 cm ^-1 . Luôn đọc vùng O-H cùng với vị trí cacbonyl trước khi đặt tên cho lớp.

Độ nhạy của dải C=O thậm chí còn đạt tới mức axit. Trong các nghiên cứu về chuỗi axit benzoic và axetic được thay thế, các nhà nghiên cứu đã quan sát thấy tần số kéo dài cacbonyl tương quan với sự dịch chuyển pKa, bởi vì cả hai đều phản ánh cùng một môi trường điện tử xung quanh nhóm carboxyl. Mối tương quan đó chủ yếu là một công cụ nghiên cứu, nhưng nó giải thích tại sao những thay đổi nhỏ về cấu trúc lại làm di chuyển quang phổ theo những cách có thể lặp lại.

Đối với diaxit furan dựa trên sinh học, điều này rất quan trọng. Axit 2,5-Furandicarboxylic (FDCA) mang hai nhóm carboxyl của nó trên một vòng furan liên hợp, giống như chất thơm, do đó, carbonyl sẽ xuất hiện ở phía dưới của cửa sổ axit, với đường bao O-H mở rộng. Đối tác bão hòa của nó, axit dicarboxylic 2,5-tetrahydrofuran (THFDCA), hoạt động giống như một diaxit béo thông thường hơn và thường thể hiện carbonyl gần hơn với 1710-1720 cm ^-1 phạm vi. Trong cả hai trường hợp, logic ba cửa sổ vẫn được áp dụng; chỉ có những con số chính xác di chuyển.

FTIR trong phòng thí nghiệm QC: Thực hành diaxit Furan dựa trên sinh học

Giấy chứng nhận đi cùng với lô hàng nhưng nguyên vật liệu thay đổi trong quá trình bảo quản và vận chuyển. FTIR là chính sách bảo hiểm rẻ nhất: năm phút với lý lịch rõ ràng sẽ cho bạn biết liệu lô hàng bạn sắp nạp vào lò phản ứng ngưng tụ có còn trông giống axit trên giấy chứng nhận hay không.

Con đường oxy hóa chuyển đổi 5-hydroxymethylfurfural (HMF) thành FDCA là một ví dụ điển hình. HMF mang aldehyd carbonyl liên hợp xuất hiện gần 1670 cm ^-1 ; sản phẩm mong muốn, axit 2,5-furandicarboxylic, mang cacboxyl cacbonyl khoảng 1700 cm ^-1 . Trong một mẻ thành phẩm, dải aldehyd nhạt dần và axit cacbonyl chiếm ưu thế. Khi cả hai carbonyl đều được nhìn thấy, quá trình oxy hóa không hoàn toàn hoặc có sản phẩm phụ - este, lactone hoặc chất trung gian bị oxy hóa một phần -. Bạn có thể đọc thêm về chuyển đổi đó trong ghi chú quy trình của chúng tôi về sản xuất FDCA .

Este ẩn náu trong cùng một cửa sổ carbonyl nên chúng đáng được quan tâm đặc biệt. Một so sánh đơn giản giải quyết được hầu hết các trường hợp: một este C=O gần 1735 cm ^-1 không có O-H rộng, axit C=O gần 1710 cm ^-1 với O-H rộng và muối cacboxylat không có C=O trung tính nhưng có các dải mạnh gần 1600-1550 và 1420-1300 cm ^-1 .

Chất tương tự hydro hóa của FDCA, axit dicarboxylic 2,5-tetrahydrofuran (THFDCA), nằm ở đầu kia của quang phổ linh hoạt. Bởi vì vòng đã bão hòa nên phổ của nó giống với phổ của diaxit béo thông thường; dải carbonyl cao hơn và sắc nét hơn, và đường bao O-H gần với 3000-2500 cm cổ điển hơn ^-1 hình ảnh sách giáo khoa. Lời khuyên xử lý mẫu giống nhau: tránh để nước lọt vào, giữ nền sạch và đánh giá các vùng carbonyl và O-H cùng nhau.

Quy trình làm việc gồm năm bước cho mọi phổ axit cacboxylic

Thói quen diễn giải tốt nhất là một trình tự cố định. Hãy thực hiện theo năm bước tương tự mỗi lần và bạn sẽ nắm bắt được các vấn đề tinh vi trước khi chúng gây ra tình trạng phát hành sai lô.

1. Ghi lại toàn bộ phạm vi từ 4000 đến 600 cm ^-1 với nền mới và mẫu đại diện khô khan.
2. Xác định dải cường độ mạnh nhất trong khoảng từ 1800 đến 1600 cm ^-1 và hỏi đó là loại cacbonyl nào: axit, este, xeton, aldehyd, amit hoặc muối cacboxylat.
3. Kiểm tra vùng O-H từ 3000 đến 2500 cm ^-1 . Sự hấp thụ rộng ở đây là manh mối mạnh nhất về axit cacboxylic trung tính; sự vắng mặt của nó với C=O gần 1710 sẽ khiến bạn nghi ngờ đó là anhydrit, muối hoặc mẫu ướt.
4. Xác nhận với độ giãn C-O ở 1320-1210 cm ^-1 và khi nhìn thấy được, đường O-H rộng vẫy gần 950-900 cm ^-1 .
5. Loại trừ nước trước khi bạn báo cáo. Nếu 1640 cm ^-1 dải uốn trông tròn và 3400 cm ^-1 vùng bị sưng, khô và đo lại.

FTIR sẽ không bao giờ thay thế phép chuẩn độ cho một xét nghiệm chính xác và nó sẽ không cho bạn biết bạn đang giữ đồng phân regio nào. Nhưng trong mười phút đầu tiên của bất kỳ câu hỏi nào về axit cacboxylic - đặc biệt là với các đơn phân dựa trên sinh học mà chứng chỉ không phải lúc nào cũng nói lên toàn bộ sự thật - thì đó vẫn là phép đo đơn lẻ nhanh nhất, rẻ nhất và mang tính quyết định nhất hiện có. Tìm hiểu ba cửa sổ, tôn trọng O-H rộng, tránh nước và quang phổ sẽ luôn có lợi.