Глава 6. Спектральные методы исследования органических соединений

Спектральные методы широко используются для идентификации продуктов реакций и выяснения строения и свойств синтезированных и вновь выделенных природных соединений и оценки их количественного содержания в том или ином объекте.

В настоящее время наибольшее распространение получили четыре инструментальных метода. Первые три можно объединить под общим названием «молекулярная спектроскопия» - спектроскопия в ультрафиолетовой (УФ) и видимой областях спектра, в инфракрасной (ИК) области спектра и спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР); четвёртым является метод масс-спектрометрии. Каждый из методов предоставляет уникальную информацию, а их совокупное применение позволяет решать большинство структурно-химических задач.

Методы молекулярной спектроскопии основаны на изучении взаимодействия вещества с электромагнитным излучением в широком интервале частот. Механизм взаимодействия в разных областях спектра электромагнитного излучения различен, объединяющим является то, что молекула поглощает определённое количество энергии и переходит из основного в возбуждённое состояние. Изменение энергии молекул определяется соотношением

где Е - энергия электромагнитного излучения, Дж/моль; Е_возб и Е_осн - энергия системы в возбуждённом и основном состоянии; h - постоянная Планка, равная 6,62 • 10^-34 Джс/моль; v - частота излучения, с^-1; с - скорость света, равная 3 • 10⁸ м/с; λ - длина волны в метрах.

При действии излучения в УФ- и видимой области спектра (X 200- 800 нм, Е 10-1 эВ) происходит изменение энергии валентных электронов. Поглощение ИК-излучения (λ 1-25 мкм, Е ~0,1 эВ) вызывает изменение колебательных состояний молекулы. Изменение энергетических состояний ядер и электронов, связанных с их электрическими и магнитными свойствами, происходит при поглощении излучения в области радиочастот (X более 100 см, Е порядка 10^-6 эВ). Метод масс-спектрометрии основан на ионизации молекул.

Каждому из перечисленных методов посвящены специальные монографии и учебные пособия. В настоящей главе физические основы методов изложены в кратком виде, в той мере, в какой это необходимо для интерпретации спектральных данных и анализа информации, посвящённой установлению строения органических соединений.