기기분석실험 | IR Spectra of Aldehydes and Ketones - IR 측정

 

 

 

TIP

 

 

치환과 컨주게이션의 효과를 보여주기 위해 선택된 알데하이드와 케톤의 카르보닐기의 흡수 진동수를 비교한다. 각종 알데하이드와 케톤의 중요 띠의 진동수도 알아본다.

 

 

 

Covalent bond를 형성하고 있는 화합물은 IR영역에서 전자기 radiation의 frequency를 흡수한다. IR은 전 영역 중에서 vibration 부분만을 사용한다.(2.5～15㎛) 분자는 분자속의 원자들이 신축할 수 있는 고무줄 또는 스프링과 같은 것에 연결되어 있다. 이 고무줄이나 스프링의 세기가 원자와 원자사이의 화학적 결합력(chemical bond force)에 해당하며 그 형태를 기본진동이라 한다.

 

기본 진동에는 Stretching vibration(v)과 Bending vibration(δ)이 있다. 또한 Fundamental vibration이라 불리는 물질마다의 고유 진동수를 가지고 있다. H₂O와 같은 비직선형 분자는 3n-6개, CO₂과 같은 직선형 분자는 3n-5개의 진동수를 가진다.(n = 결합원자수) 대체로 진동수는 조화진동수로 주어진다.

 

 

양변을 c로 나누면

 

 

 

적당한 상수를 넣으면

 

 

이 식은 많은 목적에 유용하고, 충분히 잘 맞지만 진동의 기준방식의 정확한 계산은 전체분자를 생각해봐야 한다. 작용기 진동수에 영향을 주는 인자에는 공명, 수소결합, 고리의 변형, 물리적 상태 등이 있다. 실제로 알데하이드와 케톤에서 C=0 띠의 변화를 보면 알 수 있다. C=0 띠는 대체로 위치가 일정하고 강하기 때문에 쉽게 알 수 있다. 공명의 영향은 이중결합의 결합차수를 감소시키고 약 30㎝^-1 정도 감소시키며 동시에 간격 사이의 다일결합의 결합차수와 진동수를 이동시킨다.

 

수소결합을 하면 결합에너지와 힘상수가 감소되고 흡수 띠는 약 200㎝^-1 정도 낮은 진동수로 이동한다. 또한 고리형 케톤에서 고리의 크기가 감소함에 따라 진동수는 증가한다. 보통 진동수는 약 30㎝^-1 정도씩 증가한다. IR spectrum에서 어떤 진동수는 그 분자 내에 있는 작은 원자단의 진동수에 해당한다. 따라서 IR spectrum은 전체 분자구조뿐만 아니라 분자 내에 있는 작용기의 정보를 준다. 하지만 정량분석에 있어서는 기기적 요소에 의한 오차가 많다.

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실험 방법

1. 실험 과정

1) Pellet방법

KBr 속에 고체 시료를 분산시킨 다음 높은 압력으로 압축하는 방법이다. 몇 ㎎의 유기시료를 약 0.5～1.0g의 KBr에 섞는다. KBr은 적외선에서 거의 투명한 물질이다. 만들어진 원판은 투명해야하며 정성 및 정량분석에도 사용된다. 문제점은 원판을 만드는 과정에서 야기되는 스펙트럼의 불확실성과 수분이 들어간다는 것이다.

 

2) 액체시료

KBr판을 고정대에 고정시키고 액체시료를 떨어뜨린다. 시료 측정 후 KBr 판을 아세톤으로 흘리면서 세척한다. 또는 KBr  로 pellet을 만들어서 그 위에 액체시료를 떨어뜨린 후 측정한다. 이때 액체시료의 solvent는 H₂O를 포함하면 안 된다.

 

3) 각 시료를 pellet 방법으로 준비한다.(액체시료는 pellet판에 적은 양을 떨어뜨린 말려서 측정한다.)

 

4) 각 시료의 IR spectrum을 측정한다.

 

 

 

기기분석실험 - IR Spectra of Aldehydes and Ketones 레포트