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赤外分光法


はじめに

赤外分光法は、有機化学において分子内に存在する官能基を決定するために使用される技術です。これは、試料物質による赤外線の吸収を波長または周波数の関数として測定することによって行われます。得られたスペクトルは化学物質の特定に役立つユニークな指紋です。

赤外分光法の原理

赤外線は可視光よりも長い波長と低い周波数を持ちます。分子が赤外線を吸収すると、分子の振動モードが励起されます。これらの振動モードは分子内の化学結合の伸縮や曲げに関連しています。異なる官能基は特定の赤外放射の周波数を吸収し、赤外スペクトルで表すことができます。

電磁スペクトル

赤外分光法は電磁スペクトルの赤外領域に位置します。赤外領域は可視光とマイクロ波の間にあり、3つの領域に分かれています：

  • 近赤外 (NIR)： 0.78から2.5µm
  • 中赤外 (MIR)： 2.5から50µm
  • 遠赤外 (FIR)： 50から1000µm

分子振動

赤外線の分子への干渉は、さまざまな分子振動を生じさせる可能性があります。赤外分光法で観察される主要な振動の2つのタイプは伸縮と曲げです。

伸縮

  • 対称伸縮： 両方の原子が中央の原子に向かってまたは遠ざかって同時に移動し、分子の対称性を維持します。
  • 非対称伸長： 一つの原子が中央の原子に近づく一方で、もう一つの原子は遠ざかります。

曲げ

  • はさみ運動： 2つの原子が互いに向かって移動し、遠ざかります。
  • 振動： 2つの原子が同じ方向に移動します。
  • ワギング： 二つの原子が面外運動で反対方向に移動します。
  • 回転： 結合軸周りの回転運動。

IRスペクトルの理解

IRスペクトルは、赤外光の周波数または波長に対する透過率または吸光度のグラフです。通常、x軸は波数を表し、単位はcm -1で計測され、y軸はパーセント透過率を表します。

IRスペクトルの例

以下にエタノール(C 2 H 5 OH)のIRスペクトルを示します：

波数 (cm -1) % 通信 C–H 伸縮 O–H 伸縮

エタノールのスペクトルにおいて、3300-3500 cm -1の付近にある広いピークはアルコールのO–H伸縮によるものです。2800-3000 cm -1の範囲内のピークはアルキル基のC–H伸縮によるものです。

通常のIR吸収

異なる官能基の典型的な吸収バンドは次のとおりです：

官能基 波数範囲(cm -1) 振動の種類
炭化水素 2850-2960 C–H 伸縮
アルケン 1620-1680 C=C 伸縮
アルキン 2100-2260 C≡C 伸縮
アルコール 3200-3550 O–H 伸縮
カルボン酸 2500-3000 広範なO–H 伸縮
アミン 3300-3500 N–H 伸縮
アルデヒド 1720-1740 C=O 伸縮
ケトン 1705-1725 C=O 伸縮
エステル 1735-1750 C=O 伸縮

試料の準備

IR分光法の試料準備は、いくつかの形態で行うことができます：

  • 生体液： 試料は2枚の塩板の間に薄い膜として走らせます。
  • KBrペレット： 固体試料は塩化カリウムで粉砕してペレット化します。
  • ミリング技術： 試料を鉱油などのすり鉢剤と混ぜ合わせてIRカードに塗布します。

IR分光法の応用

赤外分光法はさまざまな分野で広く使用されています：

  • 官能基の特定： 特定の吸収バンドを通じて分子内の官能基を迅速に特定します。
  • 構造解明： 異なる官能基と結合配置の特定によって分子構造の洞察を提供します。
  • 品質管理： 製薬業界や化学業界で原材料と完成品の品質管理に使用されます。
  • 環境分析： 有機化合物の特定能力のため、空気や水の汚染物質の監視に使用されます。

分析例 - アスピリン

一般的な例としてアスピリンの分析を考慮してください。アスピリンはアセチルサリチル酸の別名で、分子式はC 9 H 8 O 4です。

アスピリンのIRスペクトルは次を示しています：

  • 1750 cm -1の強いピークはエステル官能基のC=O伸縮を表しています。
  • 1680 cm -1のピークはカルボン酸基のC=O伸縮を表しています。
  • OH伸縮吸収は2500-3000 cm -1の広いバンドで現れます。

結論

赤外分光法は、有機化学において官能基を特定し、分子構造を解明するための貴重なツールです。さまざまな分野での広範な応用は、その学術および産業分野における重要性を際立たせています。

カスタム質問

  1. IR分光法の原理を説明してください。
  2. 次のIRスペクトルに存在する官能基を特定してください： 
    1705 cm -1と3300 cm -1の強いピーク。
  3. IR分光法で一般的な試料準備技術は何ですか？
  4. 製薬業界でのIR分光法の応用について議論してください。

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