Figur 1: reaksjonen av to karboksylsyremolekyler for å gi et syreanhydrid og vann.
» R » – delene representerer karbonatomer. Begrepet anhydrid betyr «ikke vann» og er hensiktsmessig på grunn av vannmolekylet som deles av under denne reaksjonen. Anhydrider er oppkalt etter karboksylsyrene de er laget av. For eksempel reagerer to molekyler eddiksyre for å gi eddiksyreanhydrid. Merk at anhydrid funksjonell gruppe består av to karbonylgrupper forbundet med et enkelt oksygenatom. SOM et resultat av DENNE unike strukturen inneholder IR-spektrene av syreanhydrider ikke en, men to c=O-strekktopper og En C-o-strekk. Anhydrid-gruppen er noe reaktiv, så disse molekylene brukes ofte som polymere krysskoblinger eller som kjemiske mellomprodukter.
naturen Til R-gruppene knyttet til anhydrid-rammeverket bestemmer typen anhydrid. Hvis de to vedlagte karbonene er mettede, så er anhydridet, mens hvis en eller begge anhydrider er umettet, sies anhydridet å være umettet.
I Motsetning til enkelte funksjonelle grupper, virker det som om de vanligste anhydridene er sykliske. Eksempler på strukturer av to vanlige sykliske anhydrider, ravsyreanhydrid og ftalanhydrid, er vist I Figur 2.
Figur 2: strukturene av ravsyreanhydrid, et mettet syklisk anhydrid og ftalanhydrid, et umettet syklisk anhydrid.
i tillegg til om et anhydrid er mettet eller umettet, er det også viktig om dets substituenter er i en ring eller ikke. Og dermed, det tar to adjektiver for å beskrive en anhydrid, og det er fire typer: ikke-syklisk mettet, ikke-syklisk umettet, syklisk mettet og syklisk umettet. Succinisk anhydrid er et mettet syklisk anhydrid, siden det er metylengrupper festet til karbonylene i anhydrid-funksjonaliteten. På den annen side er ftalanhydrid et syklisk umettet anhydrid fordi det er aromatiske karboner festet til karbonylene i anhydrid-funksjonaliteten. Et eksempel på et ikke-syklisk mettet anhydrid ville være eddiksyre, hvor de to r-gruppene festet TIL anhydrid-karbonylene ER CH3-grupper. Heldigvis kan vi skille mellom de fire forskjellige typer anhydrider ved HJELP AV IR-spektroskopi som vi vil se nedenfor.
Den Infrarøde Spektroskopien Av Syreanhydrider
de to karbonylgruppene i syreanhydrider gir opphav til to karbonylstrekningstopper. Vibrasjonene som er involvert er en symmetrisk c = o-strekk hvor de to karbonylgruppene strekker seg i fase med hverandre, og en asymmetrisk C=O-strekk hvor de to karbonylgruppene strekker seg ut av fase med hverandre som vist i Figur 3.
Figur 3: Den symmetriske (venstre) og asymmetriske (høyre) karbonylstrekninger av syreanhydrid funksjonell gruppe.
Ikke-Sykliske Anhydrider
IR-spektret til et ikke-syklisk mettet anhydrid, valerisk anhydrid, er vist I Figur 4.
Figur 4: IR-spekteret av valerisk anhydrid (C10H18O3).
de doble karbonylstrekningstoppene for valerisk anhydrid faller ved 1819 og 1752 cm-1 (fremover antar alle toppposisjoner er i cm-1) Og er merket A og B I Figur 4. Den første uvanlige ting om dette par topper er at de er på høyere wavenumbers enn karbonyl strekninger. Den andre uvanlige tingen er at den symmetriske strekningen er på et høyere bølgetall enn den asymmetriske strekningen vi har sett så langt. Generelt, og av grunner som er for lange til å gå inn her (2), for funksjonelle grupper som har asymmetriske og symmetriske strekker, er den asymmetriske strekningen vanligvis høyere i wavenumber. Generelt, for ikke-sykliske mettede anhydrider faller den symmetriske c=O-strekningen ved 1820 ± 5 mens den asymmetriske strekningen faller ved 1750 ± 5. For ikke-sykliske umettede syreanhydrider faller disse toppene til henholdsvis 1775 ± 5 og 1720 ± 5. Merk at basert på Deres c=O strekker toppposisjoner og nærhet av området der toppene faller, er det lett å skille mellom mettede og umettede ikke-sykliske anhydrider.
Anhydrider har Selvfølgelig En C-O-strekk, og basert på tidligere kolonner (3,4) forventer vi at denne bindingen skal ha en strekktopp mellom 1300 og 1000. Valerisk anhydrid følger denne regelen med sin mest intense topp er En C – o strekk på 1038, merket C I Figur 4. Generelt, for ikke-sykliske anhydrider faller denne toppen fra 1060 til 1035 og er i samme område om anhydridet er mettet eller umettet.
Merk I Figur 4 at høy-wavenumber C = o strekk er mer intens enn lav-wavenumber C=O strekk. Dette intensitetsforholdet er typisk for alle ikke-sykliske anhydrider og kan brukes til å skille de ikke-sykliske fra sykliske former. Tabell i oppsummerer den nyttige gruppen wavenumbers for noncykliske syreanhydrider. I Tabell i, merk at for begge typer ikke-syklisk anhydrid er høyere bølgetall symmetrisk C=O mer intens.
en dobbel karbonyl topp med en eller begge funksjoner på en relativt høy wavenumber For En C = O strekk er en sterk indikasjon på et anhydrid som er til stede i en prøve. Hvis toppen med høyere bølgetall er sterkere, er den ikke-syklisk. Bruk deretter posisjonene Til De To c=o-strekkene og Tabell I for å avgjøre om det ikke-sykliske anhydridet er mettet eller umettet.
Sykliske Anhydrider
IR-spekteret av et umettet syklisk anhydrid, maleinsyreanhydrid, er vist i Figur 5. Dette anhydridet er umettet fordi Det er En c=C-binding som inneholder umettede karboner i ringen festet direkte til karbonylkarbonene i De to c = O-gruppene.
den symmetriske karbonylstrekningstoppen for maleinsyreanhydrid er på 1853, mens den asymmetriske strekningen er på 1780. For umettede sykliske anhydrider faller disse to toppene vanligvis fra henholdsvis 1860 til 1840 og 1780 til 1760. For mettede sykliske anhydrider, som ravsyreanhydrid hvis struktur er sett i Figur 2, faller disse toppene på 1870-1845 og 1800-1775.
Merk I Figur 5 at det høye bølgetallet symmetrisk C=o strekker toppen er svakere enn det nedre bølgetallet asymmetrisk c=O strekker toppen. Dette mønsteret er motsatt det for ikke-sykliske anhydrider som vist ovenfor. Dermed kan toppintensitetsforholdet mellom De to anhydrid c = o strekktoppene brukes til å avgjøre om et anhydrid er ikke-syklisk eller syklisk. For ikke-sykliske anhydrider er den symmetriske C=o-strekningen med høyere bølgetall mer intens, mens for sykliske anhydrider er den asymmetriske strekningen med lavere bølgetall mer intens. Igjen er en dobbel karbonylstrekning med en eller begge topper ved et relativt høyt bølgetall en sterk indikasjon på et anhydrid. Hvis den nedre bølgetallet er mer intens, er det syklisk. Bruk deretter posisjonen Til De To c=o-strekkene OG Tabell II for å avgjøre om anhydridet er syklisk mettet eller syklisk umettet.
som ikke-sykliske anhydrider har sykliske anhydrider En C – o-binding og dermed En C-o-strekk. Det faller hvor som helst fra 1300 til 1000. I spekteret av maleic anhydrid i Figur 5 faller denne toppen ved 1058 og er merket C. I tillegg har sykliske anhydrider en sterk C – c strekk topp fra 960 til 880, I Figur 5 faller denne toppen på 894.
Figur 5: IR-spekteret av maleinsyreanhydrid (C4H2O3).
Tabell II viser den viktige gruppen wavenumbers for sykliske syreanhydrider. Merk at Det står I Tabell II at for begge typer syklisk anhydrid er lavere wavenumber C=O strekk mer intens.
i sammendraget er det fire typer syreanhydrid: mettet ikke-syklisk, umettet ikke-syklisk, mettet syklisk og umettet syklisk. En dobbel karbonylstrekning, med en eller flere av toppene ved relativt høyt bølgetall for En C=O-strekk, er en sterk indikasjon på et syreanhydrid. Deretter ser du på intensitetsforholdet mellom de to karbonylstrekningstoppene. Hvis toppen med høyere bølgetall er mer intens, er anhydriden ikke-syklisk. Hvis den nedre bølgetallet toppen er mer intens anhydride er syklisk. Når dette er kjent, bruk deretter toppposisjonene til disse toppene og Enten Tabell I (ikke-syklisk) ELLER TABELL II (syklisk) for å avgjøre om anhydridet er mettet eller umettet. På denne måten kan du skille de fire typer syreanhydrider fra hverandre VED HJELP AV IR-spektroskopi.
Konklusjon
Syreanhydrider fremstilles ved å omsette to karboksylsyremolekyler med hverandre. En av produktene er vann, derav navnet anhydrid. Syreanhydrider kommer i fire varianter: mettet ikke-syklisk, umettet ikke-syklisk, mettet syklisk og umettet syklisk. Deres mest signifikante spektrale trekk er en dobbel karbonylstrekning på grunn av den symmetriske og asymmetriske strekkingen av de to karbonylgruppene, hvorav en noen ganger forekommer over 1800. For ikke-sykliske anhydrider er den høyere bølgetallet C=o stretching peak mer intens. For sykliske anhydrider er den nedre bølgetallet C=o strekkende topp mer intens. Posisjonene til disse to toppene kan deretter brukes til å avgjøre om anhydridet er mettet eller umettet.
(1) B. C. Smith, Spektroskopi 33(1), 14-20 (2018).
(2) BC Smith, Infrarød Spektral Tolkning: En Systematisk Tilnærming (CRC Press, Boca Raton, Florida, 1999).
(3) B. C. Smith, Spektroskopi 32(1), 14-21 (2017).
(4) B. C. Smith, Spektroskopi 32(9), 31-36 (2017).
(5) B. C. Smith, Spektroskopi 30(4), 18-23 (2015).
(6) B. C. Smith, Spektroskopi 30(9), 40-45 (2015).
Brian C. Smith, PhD, har mer enn tre tiår med erfaring som infrarød spektroskopist. Han har utgitt en rekke peer reviewed papers og har skrevet tre bøker om emnet: Fundamentals OF FTIR og Infrared Spectral Interpretation, begge utgitt AV CRC Press, Og Quantitative Spectroscopy: Theory and Practice publisert Av Elsevier. Som spektroskopisk trener har han hjulpet tusenvis av mennesker over hele verden med å forbedre sine infrarøde analyser. Han fikk Sin Doktorgrad i fysikalsk kjemi Fra Dartmouth College. Han kan nås på: [email protected]