Кимёда физикавий усуллар

3. Молекулалараро таъсирлар ва гурухларнинг
характеристик частоталари
Ҳар бир молекула кристаллик ҳолатида шу турдаги молекулалар билан ўралган бўлиб, буларнинг ҳаммаси маълум тартибда жойлашган бўлади. Шунинг учун қутбли гурухлар орасида водород боғлари мавжуд бўлса, маълум ташқи таъсир остида шу гурухларга тегишли бўлган частоталар қиймати ўзгариши мумкин. Каттиқ моддаларнинг инфрақизил спектрининг ютилиш частоталари аниқ, бир-биридан яхши ажралган ҳолда намоён бўлади, бу айниқса юқори молекулали ациклик бирикмаларда (масалан, стеарин кислотаси) кузатилган. Моддаларнинг спектрини эритма ҳолатида олинса, айрим ҳолларда ажралиб чиққан аниқ частоталар ўрнига кенг шаклдаги частоталар ҳосил бўлади, бу ҳолат моддалар эритмада турли хил конформерлар ҳолатида бўлса намоён бўлади. Агар модданинг тузилиши мустахкам халқага эга бўлса бундай моддаларнинг қаттиқ ёки эритма ҳолатидаги спектри бир хил частоталар ҳосил қилади (масалан, стероидли бирикмалар).
Тоза суюқликларда ёки суюлтирилган қаттиқ бирикмаларда молекулалар тартибсизроқ тузилишга эга бўлса ҳам уларда молекулалараро боғ мавжудлиги маълум.

Водород боғларининг мавжудлигини аниқлайдиган жуда кўп физикавий усуллар бор, аммо буларнинг ичида инфрақизил спектроскопияси энг олдинги ўринларда туради. У.Лиддел ва О.Вулъфлар (1933-1935 йил) водород боғлари-нинг борлигини аниқлайдиган қулай усул ишлаб чиқдилар. Бунинг учун моддаларнинг тўрт хлорли углеродда (CCl₄) спектри олиниб, ОН ёки NH гурухларининг валент тебранишларига тегишли бўлган соҳа (3000-3700 см^-1) чуқур ўрганилиб, водород боғларининг табиати, барқарорлиги тўғрисида хулоса қилинади.

Инфрақизил спектроскопия усули билан мураккаб тузилишга эга бўлган бир қанча органик моддалардаги водород боғларнинг ҳолати ўрганилиб муҳим қонуниятлар топилган.
Углеводородлар ва бошқа қутбсиз бирикмаларнинг ҳар хил агрегат ҳолатдаги спектрлари бир-бирига ўхшаш бўлади.
Моддаларни эритма ҳолатида спектри олинганда, муҳим гурухлар учун аниқ частоталар олиш мумкин, аммо бунда эритувчиларнинг ҳам ютилиш частотасини билиш зарур (6-жадвал).
6-жадвал.
Эритувчиларнинг И+ соҳадаги ютилиш частоталари.

Эритувчилар	Идишча-нинг қа-линлиги, мм	650-4000 см^-1 оралиқдаги ютилиш частоталари, см^-1
1	2	3
Ацетон	0,1	3100-2920, 1700-1670, 1100-1080, 910-830
Ацетонитрил	0,1	3700-3500, 2350-2250, 1500-1350, 1060-1030, 930-910
Бензол	0,1	3100-3000, 1620-1500, 1490-1450, 1050-1020, 680-650
Бромоформ	0,2	3100-3000, 1190-1100, 710-650, 2200-2140, 1595-1460

1	2	3
Углеродтетра хлорид	0,1	820-720
Сероуглерод	0,1	2200-2140, 1595-1460
Хлороформ	0,1	3020-3000, 1240-1200, 805-650
Циклогексан	0,1	3000-2850, 1480-1300, 910-850
Диоксан	0,1	3700-2600, 1750-1700, 1480-103, 910-830
Дихлорэтан	0,1	3000-2900, (1460-1420), 950-930, 860-830, 780-750
Тетрахлор-этилен	0,1	935-875, 820-745
Сув	0,01	3650-2930, 1750-1580, 930-650

6-жадвалдаги маълумотлар эътиборга олинганда углерод тетрахлорид, хлороформ, сероуглерод ва тетрахлорэтиленлар спектр олиш учун қулай эритувчилар ҳисобланади, аммо эритувчининг қутбсиз бўлгани мақсадга мувофиқ, чунки қутбли эритувчилар билан молекуладаги айрим гурухлар ассоциат ҳосил қилиши мумкин, бунинг натижасида айрим гурухларнинг частота қиймати ўзгаради (7-жадвал).

7-жадвал.

Айрим гурухлар билан эритувчилар орасидаги таъсирлар
(қутбсиз эритувчилар гексан, ССl₄ га нисбатан)

	“нордон эритувчи”	“асосли эритувчи”
1	2	3
Гурухлар тури	CHCl3, CHBr3	OR2, NR3, ароматик бирикмалар
Х^У^- (диполли)	Кучли ассоциация	ассоциация бўлмайди
CO, NO
SO, PO	 ХУ частота қиймати камаяди, шакли ўзгаради	ХУ қиймати ўзгармайди

1	2	3
Х-Н (диполли)	Кучсиз ассоциация,	Кучли ассоциация,
OH, NH, SH	Х-Н оз қийматга ўзгаради	Х-Н қиймати камаяди, ютилиш чизиғининг шакли ҳам ўзгаради
ХХ (қутбсиз гурухлар) CC, SS, NN	Частоталар қиймати жуда кам ўзгаради

Инфрақизил спектри ёрдамида модданинг эритмадаги мувозанат ҳолатини ўлчаш мумкин. Масалан, карбон кислоталари қаттиқ ва суюқ ҳолатда димер шаклда бўлиб, уларда кучли водород боғлари мавжуд.

Карбон кислоталарнинг қутбсиз эритувчидаги жуда суюлтирилган эритмасида димер билан мономер ҳолатлари ўртасида мувозанат бўлади.

Оддий молекулаларда асосий частота атомларнинг массалари ва боғларнинг кучланиш константаси (Е) билан белгиланади. Гук қонуни Х-Н туридаги гурухларнинг валент тебранишига ҳам тегишлидир, агарда бундай бирикмаларда атом массаси ўзгарса, частота ҳам ўзгаради. Масалан, қуйидаги бирикмаларда ОН ва С-Д (изотоп) ларнинг частоталари турлича бўлади.

Cl-CH2-CC-H		Cl-CH2-CC-Д
^С-Н3314 см^-1		^С-Д2604 см^-1

Агар бир хил турдаги гурухлар бир-бири билан ўзаро боғланган бўлса, буларнинг бир-бирига таъсири спектрда жуда ҳам яхши кўринади. Маълумки, СС нинг валент тебраниш частотаси 1650 см^-1 да намоён бўлади, аммо бу боғлар бир-бири билан кетма-кет боғланса, улар симметрик ва ассимметрик валент тебранишларига эга бўлади.

^s1050 см^-1	^as1950 см^-1

Симметрик ўрин алмашган диенлар ва ангидридлар ҳам тахминан 40-60 см^-1 фарқ қиладиган иккита тебраниш частоталарини ùîñèë қиладилар. Х-Н гурухларининг (XF,О,N,C, ва бошқалар) валент тебраниш частоталарининг ҳар хил бўлиши X атомининг электроманфийлигига боғлиқ, (J-индуктив таъсир). Индуктив таъсир - айниқса ўринбосарлари бўлган бензол ҳосилаларида яққол намоён бўлади. Х-атоми ё электронни тортиши ёки ўзидан электрон бериши ҳам аҳамиятга эга. +уйидаги А ва В молекулаларда _СС частотанинг интенсивлигини ўзгариши бир ҳалқадан иккинчи ҳалқага электронларнинг берилиши билан боғлиқ, аммо частота қиймати ўзгармай қолади.

Хромофор гурухларнинг частота қийматлари уларнинг электрон берувчи ёки электронларни ўзига тортувчи атомлар билан боғланганига ҳам боғлиқ. Карбонил гурухидан электронларни тортувчи атом бўлса, карбонил гурухининг характеристик частота қиймати катта соҳада намоён бўлади, аксинча атом ўзидан электрон бериб карбонил гурухидаги электронлар булутининг ҳажмини оширса, карбонил гурухи кичик қийматли частота ҳосил қилади. Масалан:

Хромофор гурухларнинг частота қийматига уларнинг қўш боғ билан боғланганлиги ҳам таъсир этади, яъни қўш боғнинг мавжудлиги хромофор гурухнинг қийматини камайтиради.

Инфрақизил спектроскопиясидан амалиётда керакли маълумотларни олиш учун айрим органик моддалар синф-ларига тегишли спектроскопик қийматларни билиш ва улар орасида модда тузилиши билан боғлиқ муаммоларни ҳал этиш йўлларини кўриб чиқиш мақсадга мувофиқ ҳисобланади.