Organisk Spektroskopi Applied Spectroscopy KJM3000 Vår 06 Kurset overlapper med KJ220 og KJM4000 Pensumbok : Williams, D.H., Fleming, I. ”Spectrocopic Methods in Organic Chemistry”

Praktisk informasjon Kursansvarlig, foreleser og kollokvieansvarlig: Tore Hansen, rom Ø303, torehans@kjemi.uio.no Forelesninger og kollokvier: Aud. 3, ons/tor 08-10 og 10-12 Kommunikasjon vha e-mail og hjemmesiden. Ingen krav til oppmøte på kollokvier og forelesninger, men 80% av øvingsoppgavene må være innlevert og godkjent for å avlegge eksamen. Ingen karakter på øvingsoppgaver.

Mål : Studenten skal være istand til å bruke spektroskopiske metoder til å bestemme konstitusjonen av organiske molekyler. Plan: ca. 25 timer forelesning og ca. 40 timer kollokvier. Øvelse i anvendt bruk av metodene er vektlagt i forhold til teori. Siste kollokvie: tor 12. Mai. Eksamen: 2. juni skriftlig 3 timer. Fire spektroskopiske metoder : UV/VIS, IR, NMR og MS. Disse metodene gir komplementær info, og til sammen er de et meget godt verktøy til identifikasjon og strukturoppklaring av små mengder (mg) av ukjente forbindelser.

Fremdriftsplan KJM3000-V06   Uke ons tor 4 Gen UV1/UV2 5 K1 IR1/IR2 6 IR3/IR4 K2 7 NMR1/NMR2 NMR3/NMR4 8 NMR5/NMR6 NMR7/NMR8 9 NMR9/NMR10 NMR11/NMR12 10 K3 K4 11 K5 K6 12 MS1/MS2 MS3/MS4 13 K7 K8 14 K9 K10 15 Påske Påske 16 K11 K12 17 K13 K14 18 K15 K16 19 K17/18 K19/20 Siste kollokvium: K20 torsdag 11. mai Eksamen: 7. juni, kl. 09.00, 3 timer skriftlig 

Generelt Spektroskopi : Studie av vekselvirkning mellom elektro- magnetisk stråling og materie (molekyler)

Elektromagnetisk stråling Elektromagnestisk stråling kan beskrives som : En bølgebevegelse  = bølgelengde,  = frekvens, c = lyshastighet En partikkelbevegelse E = energi,  = frekvens, h = Planck’s konstant  •  = c E = h • 

Ved å flytte om får man :  = c/ Siden c = konstant, vil frekvens og bølgelende være omvendt proporsjonale. Dersom frekvensen  på ”lyset” er den samme som frekvensen til en egenbevegelse av molekylet (f.eks.) en vibrasjon) vil molekylet kunne absorbere energi. Vi sier da at ”lyset” og molekylets bevegelse er i resonans.

En egenbegelse i et molekyl kan f.eks. tilsvare vibrasjon av en binding. H Cl  = 9 · 1013 s-1 Tilsvarer en frekvens og bølgelengde som svarer til elektromagnetisk stråling i IR-området.

Vekselvirkning mellom lys og materie generelt Et molekyl har mange stasjonære energinivåer (E). For hvert energinivå er det tilordnet en bølgefunksjon (Ψ). E2 _____________ Ψ2   E1 _____________ Ψ1 ΔE = E1 – E2 = hν Hvis vi belyser med en frekvens som tilsvarer ΔE kan molekylet absorbere energi og innta et høyere energinivå.

Emisjonsspektroskopi : Molekylet undergår en overgang fra et energinivå (E2) til et lavere (E1) og emiterer energiutbyttet i form av et lyskvant. E2 _____________ Ψ2   E1 _____________ Ψ1 ΔE = E1 – E2 = hν Absorbsjonsspektroskopi: Man måler lysmengden som absorberes som funksjon av lysets bølgelengde. Et lyskvant absorberes og molekylet undergår en overgang fra et energinivå (E1) til et høyere (E2).

Et generelt spektroskopisk eksperiment Lyskilde: ofte polykromatisk Uv/vis: Lamper fylt med ulike materialer (Hg, Na) IR: glødetråd NMR: radiosender

Detektorer UV/VIS: fotomultiplikator, diode array IR: varmefølsom elektronisk komponent NMR: radiomottaker Energien som detekteres gjøres om til et spennings- signal og overføres til en pennskriver eller datamaskin. Et spektrum registreres ved å måle absorbans samtidig med at bølgelengden varieres (scanning).

Fire metoder UV: 200 – 380 nm. Brukes til å primært detektere konjugerte systemer. Eksitering av elektroner i konjugerte systemer gir absorbans i dette området. IR: 4000 – 400 cm-1. Brukes til å detektere og identifisere vibrasjoner relatert til ulike funksjonelle grupper. NMR: Atomkjerner som absorberer radiobølger når de er plassert i et sterkt magnetfelt. MS: Måler masse/ladning forhold av organiske ioner

200 MHz NMR-instrument

1H-NMR spektrum

UV og IR instrumenter

UV og IR spektrum

MS-instrument i serie med GC

MS-spektrum