Совместное использование данных спектров ИК и ПМР, качественного состава и молекулярной массы для идентификации органического соединения.

Задание:

Молекулярная масса вещества, состоящего из углерода, водорода и кислорода, 86. Его инфракрасный спектр и спектр ПМР приведены на рис. 17.

Решение:

Целесообразно сначала рассмотреть ИК-спектр. В его центральной части бросается в глаза очень сильная (самая интенсивная в спектре) полоса с максимумом при 1720 см^-1, расположенная в области двойных связей и согласно сводкам характеристических частот (см. ПI) в точности соответствующая валентным колебаниям карбонильной группы. Это может быть прежде всего карбонильная группа кетонов или альдегидов, но в последнем случае должна была бы наблюдаться полоса валентных колебаний альдегидного водорода около 2720 см^-1. Однако данный спектр не имеет такой полосы, и предположение о наличии в исследуемом веществе альдегидной группе должна быть отвергнуто. В коротковолновой части спектра (υ>1500 см^-1) кроме уже упомянутой полосы С=0 имеются только лишь группы полос валентных колебаний связей между 2800 и 3000 см^-1. Следовательно, весь водород исследуемого вещества находится в насыщенных углеводородных радикалах. Оно, несомненно, не содержит гидроксильных или карбоксильных групп. Спектр не имеет также признаков присутствия двойных или тройных углерод-углеродных связей, циклопропанового или бензольного кольца. Вероятность, что соединение ароматическое, исключается, кроме того, невысоким значением молекулярной массы, которая (с учетом присутствия карбонила) исключает также любые варианты более чем пятичленных изо- и гетероциклических структур.

Рис. 17. ИК- и ПМР-спектр вещества

Таким образом, совокупность данных ИКС, качественного состава и молекулярной массы свидетельствует о том, что анализируемое соединение является скорее всего ациклическим предельным кетоном, но, поскольку число атомов кислорода остается неизвестным, а присутствие простых связей С-О одним только ИК-спектром не может быть надежно доказано, пока нельзя исключить возможность сложного эфира или сочетания кетонной и простой эфирной групп. Остается также неизвестной структура углеродного скелета, для выяснения которой необходимо обратиться к спектру ПМР.

Полное отсутствие в спектре ПМР сигналов с δ>2,6 м.д. подтверждает уже сделанное заключение о нахождении все ядер водорода в алкильных радикалах, т.е. об отсутствии альдегидных, олефиновых ароматических, ацетиленовых, гидроксильных и карбоксильных протонов. В сильнопольной части спектра мы видим четыре сигнала: триплет δ 2,4 м.д., синглет δ 2,1 м.д., мультиплет в области 1,2 - 1,9 м.д. и триплет δ 0,9 м.д. Площади этих сигналов относятся соответственно как 1:1,5:1:1,5 или в целочисленном значении 2:3:2:3. Крайний правый триплет имеет обычный для находящихся в парафиновых цепочках метильных групп химический сдвиг. Учитывая его триплетную структуру и относительную интенсивность (равную 3), он должен быть приписан метильной группе, имеющий по соседству два протона (триплет!), т.е. фрагменту СН₃-СН₂-. Второй сигнал с относительной интенсивностью 3 также следует приписать метильной группе, но не имеющей по соседству протонов (синглет!) и сильно разэкранированной соседством карбонильной группы или кислорода: СН₃-С=0 или СН₃-С-. Крайний левый сигнал на основании интенсивности (2 протона) и положение следует приписать группе СН₂ (триплет). Таким образом, одна из групп СН₂ должна находиться во фрагменте О=С-СН₂-СН₂ или –С-СН₂-СН₂-. Последний из четырех сигналов – мультиплетный с интенсивностью 2 – остается приписать второй группе СН₂, находящейся в спин-спиновом взаимодействии одновременно и с первой группой СН₂, и с метильной группой, дающий сильнопольный триплет, т.е.е центральной метиленовой группе радикала: -СН₂-СН₂-СН₃.

Ответ:

Итак, судя по спектру ПМР, углеродный скелет исследуемого вещества содержит метильный и н-пропильный радикалы, соединенные звеном, не содержащим водорода и обладающим разэкранированным действием. Это звено должно по данным ИК-спектра включать карбонил. Суммируя групповые массы обнаруженных фрагментов СО+СН₃+С₃Н₇=28+15+43, находим, что сумма равна указанной в условиях задачи молекулярной массы 86. Следовательно, интерпретируемые спектры могут принадлежать только метил-н-пропилкетону, а все варианты сложноэфирных и кетоэфирных структур исключаются.