ИЧ сигнали за карбонилни съединения

Ако разгледаме структурната формула на този кетон, вече знаем, че ще открием ивица за карбонилната група в кетона в нашия ИЧ спектър, защото кислородът е частично отрицателен, а този въглерод е частично положителен. Тук има сравнително голямо разстояние между товарите, което означава сравнително голяма промяна на диполния момент на карбонилната група при трептенето на връзката. Затова получаваме много изразена ивица в ИЧ спектъра, която има при вълново число приблизително 1715 или 1720. Това е малко по-различно при спрегнатия кетон, като тук долу е структурната формула на спрегнатия кетон. Спрежението понижава вълновото число на ивицата и хайде да видим защо. Тук можем да предположим резонанс, така че ако преместя тези електрони тук, това изтласква тези електрони при кислорода и мога да напиша резонансната структура. Сега ще имаме двойна връзка ето тук, ще имаме единична връзка между въглерода и кислорода, а после три несподелени електронни двойки при кислорода. Имаме отрицателен заряд –1 при кислорода, а този въглерод има заряд +1. Ако електроните в цикламено се преместят тук, тези електрони в синьо могат да отидат при кислорода. Запомни, че реалната структура на молекулата е хибрид между тези резонансни структури. В резонансната структура отляво това изглежда като двойна връзка въглерод-кислород. Отдясно изглежда като единична връзка въглерод-кислород. Но всъщност имаме хибрид между тези двете. Тук ще напиша въглерод, свързан с кислород, така че тук ще поставя една частична връзка. Тя е по-здрава от единичната, но не е така здрава като двойната връзка. Идеята е, че резонансът отслабва здравината на двойната връзка в карбонила. Това отслабва каробнила. Ако отслабваме връзките, тогава спомни си за стойността на k, коефициентът на еластичност се понижава, а от по-раншни видеа знаем, че ако понижим k, това понижава честотата. Ще се понижи вълновото число, при което се наблюдава ивицата. И така ивицата за карбонила... ще използвам зелено... тази ивица за карбонила се премества надолу при приблизително 1680, което определено е по-малко от 1700. Повтарям, че това се дължи на резонанса, който отслабва здравината на връзката. Какво се случва, когато присъединиш електроотрицателен атом? Сега да разгледаме общия случай на производно на карбоксилна киселина. Когато имаме електроотрицателен атом като кислород, например, тук също може да имаме резонанс, нали? Можем да напишем резонансна структура, можем да преместим тази несподелена електронна двойка ето тук, което изтласква тези електрони при този кислород. Сега мога да напиша резонансната структура. Сега отново горният кислород ще има отрицателен заряд –1. Сега това Y има положителен заряд +1, ето така. Ще бъда последователен с цветовете... Тази несподелена двойка електрони се премества тук, нали? После пи-електроните тук в карбонилната група се преместват при кислорода. Отново – при производното на карбоксилна киселина имаме резонанс. Когато разглеждаш този карбонил, какво се случва тук? В хибрида имаме отслабване на двойната връзка в карбонила. Намалява силата на карбонила, което вече сме виждали, нали? Намалява k, което намалява силата на карбонила. Когато намалява k, намалява вълновото число, където откриваме съответната ивица. Намалява честотата на трептене на връзката, нали? Това е ролята на резонанса. Значи имаме резонанс. Но когато разглеждаме карбоксилна киселина, имаме и индуктивен ефект. Това обсъждахме във видеото за производни на карбоксилни киселини. Тук имаме конкуренция между резонанс и индукция. Да разгледаме индукцията. Ако тук имаме R група, въглерод, кислород и този електроотрицателен атом Y, ето така. Ако си представим, че двойната връзка се отслабва от резонанса... Значи имаме отслабване на двойната връзка от резонанса, а какво прави индукцията? Индукцията е свързана с електроотрицателността на този атом тук. Ако имаме силно електроотрицателен атом в сравнение с въглерода, нещо като кислород... Това ще изтегли електронна плътност в тази посока. Можем да си представим несподелена електронна двойка при този кислород, мога да кажа известна електронна плътност, която се придвижва насам, за да усили карбонила. Ако изтеглим електронна плътност, можеш да си представиш известна електронна плътност от кислорода, която се премества, за да увеличи силата на карбонила. Това има ефект на подсилване на двойната връзка, нали? Ще го представя по този начин. Значи индукцията... ще го напиша тук: индукцията, с изтегляне на електронна плътност увеличава силата на карбонила, което увеличава коефициента на еластичност k. Увеличава се честотата на трептене на връзката, като ще очакваме повишаване на вълновото число на ивицата. Тези два конкуриращи се ефекта трябва да отчитаме при производните на карбоксилните киселини. Резонансът ще премести ивицата надолу, а индукцията ще премести ивицата нагоре. Сега да разгледаме тези карбонилни съединения. Да разгледаме различни ИЧ спректри, за да видим дали можем да ги обясним. Това са съединения, които съдържат карбонилна група. Очакваме да намерим ивицата за карбонила с вълново число в участъка между 1850 и 1650. Някъде в тази област очакваме да открием ивицата. Начинът, по който разглеждам това, е да ги разделя по средата. Между 1850 и 1650 средата е някъде около 1750. Ако слезем малко надолу до 1740, мога да приема това като средната ивица. Това е средната стойност за К или средната сила на карбонила, нали? Ако отидем малко по-нагоре от това... да разгледаме естронала. Във видеото за реактивоспособност на производните на карбоксилни киселини показах как да разглеждаме конкуриращите се ефекти на резонанса и индукцията. За един естер индуктивният ефект е малко по-силен от резонанса. Ако индуктивният ефект е малко по-силен, тогава резонансът, който видяхме току-що, че понижава неговия ефект на увеличаване на силата на този карбонил. Ще се увеличи стойността на k малко, а ако се увеличи стойността на k, се увеличава вълновото число, при което намираме ивицата. Ако се увеличи k, се увеличава честотата на трептене на връзката, така че се увеличава вълновото число. Така че вълновото число ще се повиши малко от 1740 на 1745. Това е приблизително къде ще открием ивицата за карбонила в един естер. Сега да разгледаме ацид и хидрид. При ацида и хидрида индуктивният ефект е даже още по-важен. Щом индуктивният ефект е още по-значим, ако отчетем, че кислородът тук е много електроотрицателен, това означава, че ще получим даже още по-висока стойност за k. Ще имаме още по-висока стойност за k, даже още по-силен карбонил. Ако имаме по-висока стойност на k, имаме по-висока честота на трептене, очакваме да открием ивицита при по-високо вълново число. Така че вълновото число се повишава до около 1760 до 1790. Това е първата ивица за ацид и хидрид. Това всъщност е симетрично трептене. Тук имаме два карбонила, нали? Ако те трептят във фаза помежду си, това е ивицата, която очакваме да открием. Но имаме и асиметрично трептене, затова ще видим и втора ивица за ацид и хидрид. Обсъждахме това в предишното видео. Необходима е малко повече енергия при асиметричното трептене, затова тази ивица е при малко по-голямо вълново число. Така че приблизително 1810 за асиметричното трептене. Така имаме две ивици за ацид и хидрид. При един ацил или ацид хлорид индуктивният ефект напълно доминира над резонансния ефект, даже още повече отколкото в предните два примера. Хлорът изтегля известна електронна плътност, това усилва карбонила даже още повече, така че силата нараства още повече. Имаме по-висока честота на трептене, имаме по-високо вълново число. Така ивицата за този карбонил се появява при по-високо вълново число, приблизително около 1800, или даже още малко по-нагоре от това, така че 1815 или нещо подобно. Отново, това е приблизителната стойност на ивицата на карбонила в един ацил или ацид хлорид. Сега да дойдем насам. Ако това е средният коефициент на еластичност, което е много близко до средното вълново число на типичната ивица, нека сега да разгледаме един алдехид. Тук имаме един алдехид. Тук имаме водород вместо електроотрицателен атом. В предишния пример имахме кислород, имахме кислород, имахме хлор, за които да мислим, а тук имаме водород. Значи тук няма да си имаме работа с индуктивния ефект. Тук ни интересува отдаването на електронна плътност от алкилната група. Имаме алкилна група ето тук, а алкилните групи отдават електронна плътност. Ако отдаваме електронна плътност в тази посока, тогава ще изгубим малко електронна плътност от нашия карбонил. Понеже тук зарядите се отблъскват, следователно ще намалее силата на карбонила. Така намалява коефициентът на еластичност k, а щом намалява коефициентът на еластичност k, можем да очакваме, че ивицата ще бъде при по-ниско вълново число. Така средната стойност се понижава до около 1725. Повтарям, че това са само приблизителни стойности. Не твърдя, че те са точно такива, а че са приблизително толкова. Тук можем да очакваме да открием ивицата за карбонила в един алдехид. Като сравним алдехид и кетон, кетонът има две алкилни групи. Тук имаме още по-голямо отдаване на електрони, което ще отслаби карбонила даже още повече. Щом отслабва карбонилът, можем да очакваме сега k да намелее още повече, затова очакваме ивицата за кетон да е при по-ниско вълново число. И тя се премества при приблизително 1715 или 1720. Отново, това е много близко до мястото, където намираме ивицата за кетон. Сега да разгледаме карбоксилните киселини. Ако имаме карбоксилна киселина... ще напиша тук още една. Ако имаме карбоксилна киселина в димерна форма, тук имаме друга карбоксилна киселина и можем да имаме много силна водородна връзка. Тук имаме много здрава водородна връзка. Тя ще отслаби карбонила. Можем да си представим, че известна електронна плътност ще се премести тук поради силната водородна връзка. Това се оказва, че понижава още повече стойността на коефициента на еластичност в сравнение със средната стойност. Затова за карбоксилната киселина в димерна форма можем да очакваме ивицата около 1710, макар че ивицата определено се различава за карбоксилна киселина. Затова може да не видиш точно тази стойност, а нещо друго в зависимост от това в каква форма е например. Тук ние говорим за димерната форма. И накрая имаме амид. При производно на карбоксилна киселина разгледахме резонанс спрямо индукция, а сега това е пример, в който доминира резонансът. Значи резонансът доминира над индукцията и трябва да разгледаме резонансната структура. Преместваме тези електрони тук, изтласкваме тези електрони тук, което причинява отслабване на карбонила. Така намалява силата на карбонила, резонансът доминира, така че ще се понижи много стойността на k, затова ще се понижи стойността на k много в сравнение с нашата въображаема средна стойност. Значи ивицита ще е при по-ниско вълново число. Затова ще имаме много по-ниско вълново число. Приблизително 1650 до 1690. Пак повтарям, това са просто приблизителни стойности за това къде ще намерим ивицата. Но като разглеждаме резонанса и индукцията, електрон отдаващите алкилни групи и водородните връзки, това ни позволява да определим приблизително ивицата, и следователно да определим приблизително силата на карбонила.