카르복실산 FTIR: C=O, O-H 및 C-O 밴드를 자신 있게 판독하세요.

카르복실산 FTIR: 3개의 밴드, 1개의 평결

처음 10분 내에 적외선 스펙트럼을 통해 확실한 답변이 필요한 분석가를 위한 간단한 현장 가이드입니다.

"2,5-푸란디카르복실산, 바이오 기반, 98%"라고 표시된 회백색 분말이 벤치에 도착했습니다. 크로마토그래피 분석법을 설정하거나 첫 번째 방울을 적정하기 전에 일반적으로 나머지 분석이 가치 있는지 여부를 결정하는 한 가지 질문이 있습니다. 카르복실산이 실제로 존재합니까? 10분 후 FTIR 스펙트럼이 이미 응답했습니다. 3000~2500cm에서 넓고 고르지 않은 흡수 ^-1 , 1700cm 근처의 날카롭고 강렬한 카르보닐 띠 ^-1 , 그리고 1250cm 전후의 자신감 있는 C-O 스트레치 ^-1 . 이것이 메시지의 전부입니다.

결론은 다음과 같습니다. FTIR은 카르복실산 구조를 확인하는 가장 빠른 단일 방법이며 깨끗한 배경과 주의 깊은 눈만 필요합니다. 이 가이드의 나머지 부분에서는 세 개의 창이 작동하는 이유, 창을 이동하는 방법, 초보자의 잘못된 점에 대해 설명합니다.

액체 또는 고체 상태의 카르복실산은 "깨끗한" O-H 피크를 나타내지 않습니다. 그 넓이는 인공물이 아니다. 그것은 그것이 어떻게 포장되는지 알려주는 분자입니다.

카르복실산을 정의하는 세 개의 밴드

재생 가능한 재료 파일럿 플랜트에서 아세트산부터 고분자 이산까지 모든 카르복실산은 동일한 세 가지 앵커 흡수를 나타냅니다. 이 창을 배우면 1분 안에 거의 모든 매트릭스의 기능 그룹을 인식할 수 있습니다.

카르보닐 스트레치가 앵커입니다. 응축상에서 포화 카르복실산은 일반적으로 1710~1720cm 사이에 C=O 밴드를 나타냅니다. ^-1 , 전체 허용 범위는 1780cm에서 1710cm까지 확장됩니다. ^-1 . 이것은 스펙트럼에서 가장 강한 흡수 중 하나이기 때문에 가장 먼저 찾는 것입니다. O-H 스트레치는 에스테르나 케톤에서 산을 분리하는 넓은 특징입니다. 3000~2500cm에서 나타납니다. ^-1 , 3000cm 근처 중심 ^-1 , 일반적으로 전체 지역이 "지저분하게" 보일 정도로 넓습니다. C-O 스트레치, 1320~1210cm ^-1 , 조용한 세 번째 파트너입니다. 그것은 강력하지만 이산에서는 여러 개의 띠로 분리될 수 있으므로 이를 주요 단서가 아닌 확인으로 취급하십시오.

세 개의 숫자만 기억한다면 1710, 3000, 1250으로 만드세요.

O-H 스트레치가 지저분해 보이는 이유(그리고 이것이 정상적인 이유)

카르복실산은 스스로 수소결합을 합니다. 순수 액체 또는 고체 상태에서 두 분자는 O-H···O=C 브리지로 함께 결합된 고리형 이량체를 형성하며, 수소 결합은 O-H 신축 진동을 대략 3000cm에서 2500cm까지 넓은 고원에 걸쳐 퍼뜨립니다. ^-1 . 초보자는 종종 악기를 비난합니다. 그것은 실패하지 않습니다. 광범위하고 복잡한 O-H 영역은 도구적 인공물이 아니라 카르복실산의 교과서적인 거동입니다.

비극성 용매에 희석하면 이합체가 깨져 3550cm 근처에서 더 선명한 "자유" O-H 밴드가 드러날 수 있습니다. ^-1 . 그러나 일상적인 실험실 작업에서는 샘플이 깔끔한 고체 펠렛 또는 ATR 결정이므로 넓은 범위를 예상합니다. 실질적인 결과는 간단합니다. 응축상 산에서 얇고 깨끗한 O-H 피크를 기다리지 마십시오.

카르보닐 위치: 치환과 활용이 하는 일

카르보닐 띠는 고정되어 있지 않습니다. 인접한 탄소의 전자 흡인 그룹은 신장 빈도를 높이는 반면, 이중 결합이나 방향족 고리와의 결합은 이를 낮춥니다. 따라서 방향족 산 또는 이중 결합으로 결합된 모든 산은 1685년부터 1710년까지 cm ^-1 , 포화지방산은 1710-1720 cm에 더 가깝게 유지됩니다. ^-1 . 클래스 이름을 지정하기 전에 항상 카르보닐 위치와 함께 O-H 영역을 읽으십시오.

C=O 밴드의 감도는 산성도까지 도달합니다. 치환된 벤조산 및 아세트산 계열에 대한 연구에서 연구자들은 카르보닐 신축 주파수가 pKa 이동과 상관관계가 있음을 관찰했습니다. 왜냐하면 둘 다 카르복실기 주변의 동일한 전자 환경을 반영하기 때문입니다. 이러한 상관관계는 대부분 연구 도구이지만 작은 구조적 변화가 반복 가능한 방식으로 스펙트럼을 이동시키는 이유를 설명합니다.

바이오 기반 푸란 이산의 경우 이것이 중요합니다. 2,5-푸란디카르복실산(FDCA)은 결합된 방향족 푸란 고리에 2개의 카르복실기를 갖고 있으므로 카르보닐이 O-H 외피가 넓어진 산 창의 아래쪽에 나타날 것으로 예상됩니다. 포화 대응물인 2,5-테트라히드로푸란 디카르복실산(THFDCA)은 기존의 지방족 이산과 더 유사하게 거동하며 일반적으로 1710-1720 cm에 더 가까운 카르보닐을 나타냅니다. ^-1 범위. 두 경우 모두 3개 창 논리가 여전히 적용됩니다. 정확한 숫자만 움직입니다.

QC 실험실의 FTIR: 실제 바이오 기반 푸란 이산

인증서는 배송물과 함께 이동하지만 보관 및 운송 중에 자재가 변경됩니다. FTIR은 가장 저렴한 보험입니다. 깨끗한 배경에서 5분만 기다리면 중축합 반응기에 충전하려는 로트가 여전히 인증서의 산과 같은지 여부를 알 수 있습니다.

5-하이드록시메틸푸르푸랄(HMF)을 FDCA로 전환하는 산화 경로가 좋은 예입니다. HMF는 1670cm 근처에 나타나는 공액 알데히드 카르보닐을 운반합니다. ^-1 ; 원하는 생성물인 2,5-푸란디카르복실산은 약 1700 cm에서 카르복실 카르보닐을 운반합니다. ^-1 . 완성된 배치에서는 알데히드 밴드가 사라지고 산성 카르보닐이 우세합니다. 두 카르보닐이 모두 보이면 산화가 불완전하거나 부산물(에스테르, 락톤 또는 부분적으로 산화된 중간체)이 존재하는 것입니다. 해당 전환에 대한 자세한 내용은 다음에서 확인할 수 있습니다. FDCA 제조에 관한 프로세스 노트 .

에스테르는 동일한 카르보닐 창에 숨어 있으므로 특별한 주의를 기울일 가치가 있습니다. 간단한 비교로 대부분의 경우가 해결됩니다. 1735cm 근처의 에스테르 C=O ^-1 넓은 O-H가 없고 1710 cm 근처의 산성 C=O ^-1 넓은 O-H를 가지며, 중성 C=O가 전혀 없고 1600-1550 및 1420-1300cm 근처에 강한 밴드가 있는 카르복실산염이 있습니다. ^-1 .

FDCA의 수소화된 유사체인 2,5-테트라히드로푸란 디카르복실산(THFDCA)은 유연성 스펙트럼의 반대편에 위치합니다. 고리는 포화되어 있기 때문에 그 스펙트럼은 기존의 지방족 이산의 스펙트럼과 유사합니다. 카르보닐 밴드는 더 높고 더 선명하며 O-H 엔벨로프는 클래식 3000-2500cm에 더 가깝습니다. ^-1 교과서 사진. 샘플 처리 조언은 동일합니다. 물을 차단하고, 배경을 깨끗하게 유지하고, 카르보닐과 O-H 영역을 함께 판단합니다.

모든 카르복실산 스펙트럼에 대한 5단계 작업 흐름

가장 좋은 해석 습관은 고정된 순서입니다. 매번 동일한 5단계를 수행하면 잘못된 배치 릴리스로 인해 비용이 발생하기 전에 미묘한 문제를 발견할 수 있습니다.

1. 4000~600cm의 전체 범위를 기록합니다. ^-1 신선한 배경과 건조하고 대표적인 샘플을 사용합니다.
2. 1800cm와 1600cm 사이에서 가장 강렬한 밴드를 찾습니다. ^-1 그리고 그것이 어떤 종류의 카르보닐인지 물어보세요: 산, 에스테르, 케톤, 알데히드, 아미드, 카르복실산염.
3. 3000~2500cm의 O-H 영역을 확인하세요. ^-1 . 여기서 광범위한 흡수는 중성 카르복실산에 대한 가장 강력한 단서입니다. 1710 근처에 C=O가 없으면 무수물, 염 또는 젖은 샘플을 의심하게 됩니다.
4. 1320-1210 cm의 C-O 스트레치로 확인 ^-1 그리고 눈에 보이면 950~900cm 근처의 넓은 O-H 흔들림이 보입니다. ^-1 .
5. 신고하기 전에 물을 배제하십시오. 1640cm라면 ^-1 벤딩 밴드는 둥글게 보이고 3400cm입니다. ^-1 부위가 부어오르고 건조해져서 다시 측정해 보세요.

FTIR은 정확한 분석을 위한 적정을 결코 대체하지 않으며 어떤 위치이성질체를 보유하고 있는지 알려주지 않습니다. 그러나 카르복실산 문제의 처음 10분 동안(특히 인증서가 항상 전체 진실을 말해주지 않는 바이오 기반 단량체의 경우) 가장 빠르고, 저렴하며, 가장 결정적인 단일 측정이 가능합니다. 세 가지 창을 배우고, 넓은 O-H를 존중하고, 물을 차단하면 스펙트럼이 매번 호의를 베풀 것입니다.