Фізичні методи дослідження хімічних сполук

1.

ФІЗИЧНІ МЕТОДИ
ДОСЛІДЖЕННЯ
ХІМІЧНИХ СПОЛУК
вступна лекція
1

2.

ЩО ДОСЛІДЖУВАТИ?
- СКЛАД ХІМІЧНИХ СПОЛУК І ЇХ СУМІШЕЙ
- БУДОВУ МОЛЕКУЛ, МІЖМОЛЕКУЛЯРНИХ
КОМПЛЕКСІВ, КРИСТАЛІВ І Т. П.
-ПРИРОДУ І ДИНАМІКУ ВНУТРІШНЬОМОЛЕКУЛЯРНИХ ТА
МІЖМОЛЕКУЛЯРНИХ ПРОЦЕСІВ
- КОНФОРМАЦІЙНІ ПЕРЕТВОРЕННЯ
- ПЕРЕБІГ ХІМІЧНИХ РЕАКЦІЙ, ЇХ МЕХАНІЗМИ
- МІЖМОЛЕКУЛЯРНІ ВЗАЄМОДІЇ
......
2

3.

фізичні і хімічні
методи дослідження
- ФІЗИЧНІ МЕТОДИ – ЦЕ ТАКІ, ПРИЦИП ЯКИХ БАЗУЄТЬСЯ НА
ФІЗИЧНИХ ЯВИЩАХ, А ХІМІЧНІ – НА ВИКОРИСТАННІ ХІМІЧНИХ
РЕАКЦІЙ
3

4.

ПРИКЛАД – КІЛЬКІСНИЙ ЕЛЕМЕНТНИЙ
АНАЛІЗ (ДОСЛІДЖЕННЯ СКЛАДУ)
БАЗУЄТЬСЯ НА РЕАКЦІЇ СПАЛЮВАННЯ (ОКИСНЕННЯ КИСНЕМ)
СПОЛУК, ЩО ДОСЛІДЖУЮТЬСЯ
опорний
потік газу
Не
О2
зразки
речовин
окисник
відновник
осушувач
адсорбер
CO2
адсорбер
H2 O
адсорбер
SO2
спалювання
4

5.

ІНШИЙ ПРИКЛАД – ВСТАНОВЛЕННЯ
БУДОВИ МОРФІНУ ХІМІЧНИМИ МЕТОДАМИ
Виділено з екстракту маку на
початку 19 століття
Просторову
будову
було
встановлено значно пізніше...
Будову встановлено майже
через 100 років, в 1925 р., на
основі численних реакцій
морфіну з кислотами, лугами,
алкілюючими реагентами,
хлорування, гідрування і ін.
5

6.

БУДОВА ТЕТРОДОТОКСИНУ
Була встановлена з використанням хімічних та фізичних методів
дослідження за декілька років (1960-ті)
6

7.

БУДОВА ТАКСОЛУ
встановлена методами мас-спектрометрії, ЯМР та ІЧ-спектроскопії на
початку 1970-х років
7

8.

БУДОВА ПРОТЕЇНІВ
(глікопротеїн вірусу Ебола в комплексі з
нейтралізуючим антитілом)
(2008) Nature 454: 177-182
8

9.

9

10.

10

11.

11

12.

фізичні методи
дослідження
СПЕКТРОСКОПІЧНІ
-БАЗУЮТЬСЯ НА ВЗАЄМОДІЇ
ЕЛЕКТРОМАГНІТНОГО
ВИПРОМІНЮВАННЯ З
РЕЧОВИНАМИ
- поглинання
НЕСПЕКТРОСКОПІЧНІ
-БАЗУЮТЬСЯ НА ІНШИХ
ФІЗИЧНИХ ЯВИЩАХ
- взаємодія з
магнітним полем
- випромінювання
- кондуктометричні
методи
- розсіювання
- мас-спектрометрія
- дифракція
- обертання площини
поляризації
і багато ін.
12

13.

неспектроскопічні
методи дослідження
СКАНУЮЧИЙ ЯДЕРНИЙ ЗОНД ІВТ
13

14.

електромагнітні хвилі
n= c/l
14

15.

взаємодія електромагнітного
випромінювання з речовинами
ОПТИЧНА МІКРОСКОПІЯ
15

16.

взаємодія електромагнітного
випромінювання з речовинами
РЕНТГЕНОСТРУКТУРНИЙ АНАЛІЗ
16

17.

спектроскопічні методи
дослідження
- ЩОБ ЕФЕКТИВНО ВІДБУВАЛАСЯ ВЗАЄМОДІЯ ВИПРОМІНЮВАННЯ З
РЕЧОВИНОЮ, НЕОБХІДНЕ СПІВПАДАННЯ ЕНЕРГІЇ ВИПРОМІНЮВАННЯ
З РІЗНИЦЕЮ ЕНЕРГІЙ ПЕВНИХ СТАНІВ МОЛЕКУЛ
DE = hn = hc / l
17

18.

ШКАЛА ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ
ВИПРОМІНЮВАНЬ
l, cm
100
радіочастоти
10
1
мікрохвильові
частоти
10-1
10-2
дальня
ІЧ
10-3
10-4
ближня
ІЧ
10-5
10-6
дальня
УФ
10-7
рентгені
вські
промені
10-8
-проме
ні
видима ближня
область УФ
ЕНЕРГІЯ
18

19.

СПЕКТРОСКОПІЧНІ МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ
ЕЛЕКТРОНИ
ВНУТРІШНІХІ
ЗОВНІШНІХ
ЕЛЕКТРОННИХ
ОБОЛОНОК
НУКЛОНИ
В ЯДРАХ
-РЕЗОНАНСНА
(МЕСБАУРІВСЬКА)
СПЕКТРОСКОПІЯ
ФОТОЕЛЕКТРОННА
СПЕКТРОСКОПІЯ
19

20.

СПЕКТРОСКОПІЧНІ МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ
l, cm
100
радіочастоти
10
1
мікрохвильові
частоти
10-1
10-2
дальня
ІЧ
10-3
10-4
ближня
ІЧ
10-5
10-6
дальня
УФ
10-7
рентгені
вські
промені
10-8
-проме
ні
видима ближня
область УФ
ЕНЕРГІЯ
20

21.

СПЕКТРОСКОПІЧНІ МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ
ЕЛЕКТРОНИ
ЗОВНІШНІХ
ЕЛЕКТРОННИХ
ОБОЛОНОК
ЕЛЕКТРОННА
СПЕКТРОСКОПІЯ
(ВИДИМА І УФ)
21

22.

СПЕКТРОСКОПІЧНІ МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ
l, cm
100
радіочастоти
10
1
мікрохвильові
частоти
10-1
10-2
дальня
ІЧ
10-3
10-4
ближня
ІЧ
10-5
10-6
дальня
УФ
10-7
рентгені
вські
промені
10-8
-проме
ні
видима ближня
область УФ
ЕНЕРГІЯ
22

23.

СПЕКТРОСКОПІЧНІ МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ
КОЛИВАЛЬНІ
РІВНІ ЕНЕРГІЇ
МОЛЕКУЛ
ІНФРАЧЕРВОНА
СПЕКТРОСКОПІЯ
23

24.

ІНФРАЧЕРВОНА (ІЧ) СПЕКТРОСКОПІЯ
- ІЧ СПЕКТРОСКОПІЯ – ФІЗИЧНИЙ МЕТОД ДОСЛІДЖЕННЯ, ЩО
БАЗУЄТЬСЯ НА ВЗАЄМОДІЇ МОЛЕКУЛ РЕЧОВИН, ЩО
ДОСЛІДЖУЮТЬСЯ З ІНФРАЧЕРВОНИМ (ТЕПЛОВИМ)
ВИПРОМІНЮВАННЯМ.
- ІНФРАЧЕРВОНІ ПРОМЕНІ ВИКЛИКАЮТЬ ПЕРЕХОДИ МІЖ
ОБЕРТАЛЬНИМИ ТА КОЛИВАЛЬНИМИ РІВНЯМИ МОЛЕКУЛ
24

25.

ІНФРАЧЕРВОНА (ІЧ) СПЕКТРОСКОПІЯ
валентні коливання
симетричні
асиметричні
деформаційні коливання
необхідною умовою є зміна дипольного
моменту молекул в процесі коливань
25

26.

ІНФРАЧЕРВОНА (ІЧ) СПЕКТРОСКОПІЯ
необхідною умовою є зміна дипольного
моменту молекул в процесі коливань
d-
O
d+
H
C
H
26

27.

ІНФРАЧЕРВОНА (ІЧ) СПЕКТРОСКОПІЯ
принципова схема приладу
зразок, що
досліджується
джерело
ІЧ
променів
ДЕТЕКТОР
зразок
порівняння
27

28.

ІНФРАЧЕРВОНА (ІЧ) СПЕКТРОСКОПІЯ
типовий ІЧ-спектр
поглинання, %
область поглинання функціональних груп
область “відбитків пальців”
хвильове число, см-1
28

29.

ІНФРАЧЕРВОНА (ІЧ) СПЕКТРОСКОПІЯ
- ЧАСТОТИ ПОГЛИНАННЯ ФУНКЦІОНАЛЬНИХ ГРУП Є
ХАРАКТЕРИСТИЧНИМИ
29

30.

ІНФРАЧЕРВОНА (ІЧ) СПЕКТРОСКОПІЯ
поглинання функціональних
груп
Х-Н
Х≡Х
Х=Х
Х-Х
30

31.

ІНФРАЧЕРВОНА (ІЧ) СПЕКТРОСКОПІЯ
31

32.

СПЕКТРОСКОПІЧНІ МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ
l, cm
100
радіочастоти
10
1
мікрохвильові
частоти
10-1
10-2
дальня
ІЧ
10-3
10-4
ближня
ІЧ
10-5
10-6
дальня
УФ
10-7
рентгені
вські
промені
10-8
-проме
ні
видима ближня
область УФ
ЕНЕРГІЯ
32

33.

СПЕКТРОСКОПІЧНІ МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ
ОБЕРТАЛЬНІ
РІВНІ ЕНЕРГІЇ
МОЛЕКУЛ
МІКРОХВИЛЬОВА
(ОБЕРТАЛЬНА)
СПЕКТРОСКОПІЯ
ТГц спектроскопія
33

34.

СПЕКТРОСКОПІЧНІ МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ
l, cm
100
радіочастоти
10
1
мікрохвильові
частоти
10-1
10-2
дальня
ІЧ
10-3
10-4
ближня
ІЧ
10-5
10-6
дальня
УФ
10-7
рентгені
вські
промені
10-8
-проме
ні
видима ближня
область УФ
ЕНЕРГІЯ
34

35.

СПЕКТРОСКОПІЧНІ МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ
РІВНІ ЕНЕРГІЇ
ЕЛЕКТРОНІВ І
ЯДЕР
МАГНІТНІ
СТАНИ
ЯДЕРНИЙ МАГНІТНИЙ РЕЗОНАНС ТА ЕЛЕКТРОННИЙ
ПАРАМАГНІТНИЙ РЕЗОНАНС
35

36.

ПРЯМА ТА ОБЕРНЕНА СПЕКТРАЛЬНІ
ЗАДАЧІ
?
36