Opgaver til A4.6

Opgaverne hører til afsnit A4.6 Tolkning af IR-spektre. Prøv selv, før du åbner hjælpen under opgaven.

Til alle opgaverne skal du bruge tabellen over IR-bånd i afsnit A4.5.

Opgave A4.6.1: Seks spørgsmål til et spektrum

Figuren viser IR-spektret af et stof. De fire bånd over 1500 cm−1 er mærket 1 til 4. Båndet lige på grænsen ved 1500 cm−1 regnes med til fingeraftryksområdet og er ikke mærket.

Figur 1: IR-spektret af et stof med fire mærkede bånd.

Figuren først i afsnit A4.6 stiller seks spørgsmål til et IR-spektrum. De står i tabellen. Alle bølgetal er i cm−1.

Nr. Spørgsmål Ja eller nej Bånd
1 Er der et kraftigt, skarpt bånd ved 1600 til 1750?
2 Er der et meget bredt bånd fra 3400 til 2500 og en C=O?
3 Er der et bredt, kraftigt bånd ved 3640 til 3160?
4 Er der en eller to spidser ved 3300 til 3500?
5 Er der bånd lige over 3000?
6 Er der bånd ved 2100 til 2260?
  1. Svar ja eller nej til hvert af de seks spørgsmål, og skriv nummeret på båndet, når svaret er ja.
  2. Angiv de funktionelle grupper, som spektret viser, at stoffet har.
  3. Spektret har intet C=O-bånd. Nævn fire stofklasser, som stoffet derfor ikke kan høre til.

Begynd med spørgsmål 1. Et C=O-bånd er kraftigt og skarpt og er som regel det dybeste bånd i hele spektret. Bånd 4 ligger mellem 1600 og 1750 cm−1, men se på, hvor dybt bånd 4 er. Gå derefter spektret igennem fra venstre mod højre med spørgsmål 2 til 6.

Bånd 1 ligger ved 3340 cm−1 og er kraftigt og bredt. Bånd 2 er to små spidser ved 3060 og 3030 cm−1, altså lige over 3000 cm−1. Bånd 3 ligger lige under 3000 cm−1. Bånd 4 ligger ved 1604 cm−1 og er kun middelstærkt, så bånd 4 er ikke et C=O-bånd.

Slå bånd 2 og bånd 4 op i tabellen over IR-bånd i afsnit A4.5: hvad viser C−H-bånd ved 3100 til 3000 cm−1 sammen med et bånd omkring 1600 cm−1?

Til spørgsmål c: find de stofklasser i tabellen over IR-bånd, der har et C=O-bånd.

  1. Svarene på de seks spørgsmål:
Nr. Spørgsmål Svar Bånd
1 Er der et kraftigt, skarpt bånd ved 1600 til 1750? nej
2 Er der et meget bredt bånd fra 3400 til 2500 og en C=O? nej
3 Er der et bredt, kraftigt bånd ved 3640 til 3160? ja 1
4 Er der en eller to spidser ved 3300 til 3500? nej
5 Er der bånd lige over 3000? ja 2
6 Er der bånd ved 2100 til 2260? nej

Bånd 4 ligger ved 1604 cm−1, men bånd 4 er ikke et C=O-bånd: det er kun middelstærkt, og et C=O-bånd er kraftigt. Bånd 1 er ét bredt og kraftigt bånd uden spidser, så bånd 1 er et O−H-bånd og ikke et N−H-bånd.

  1. Bånd 1 ved 3340 cm−1 er et O−H-stræk, så stoffet har en hydroxygruppe.

Bånd 2 ved 3060 og 3030 cm−1 er C−H-stræk på sp2-carbon, og bånd 4 ved 1604 cm−1 er et C=C-stræk i en benzenring. Stoffet har altså en benzenring og er umættet.

Bånd 3 lige under 3000 cm−1 er C−H-stræk på sp3-carbon, så stoffet har også en mættet carbonkæde.

  1. Stoffet kan ikke være et aldehyd, en keton, en carboxylsyre eller en ester. De fire stofklasser har alle en C=O-binding, som giver et kraftigt, skarpt bånd ved 1750 til 1695 cm−1. Stoffet kan heller ikke være et amid, for et amid har også et kraftigt C=O-bånd.

Opgave A4.6.2: Udfyld tolkningstabellen

Til den skriftlige prøve skal tolkningen af et IR-spektrum stå i en tabel. Figuren viser IR-spektret fra opgave A4.6.1 en gang til. De fire bånd over 1500 cm−1 er mærket 1 til 4. Tabellen under figuren er en tolkning af spektret, men halvdelen af felterne er tomme.

Figur 2: IR-spektret fra opgave A4.6.1 med de fire mærkede bånd.
Bånd Bølgetal i cm−1 Båndets karakter Binding og svingning Funktionel gruppe
1 3340 O−H-stræk
2 middel, to skarpe spidser benzenring
3 2930 til 2850 carbonkæde
4 middel og skarpt C=C-stræk i benzenringen
  1. Udfyld de tomme felter i tabellen. Bølgetallene aflæser du i figuren.
  2. Skriv en sætning om et bånd, der mangler i spektret, og om hvad det manglende bånd viser.
  3. Skriv en konklusion: hvilke funktionelle grupper har stoffet, og er stoffet mættet eller umættet?

Båndets karakter består af to dele: styrken (kraftigt, middel eller svagt) og bredden (bredt eller skarpt). Bølgetallet aflæser du i bunden af båndet. Der er 100 cm−1 mellem de lodrette streger i figuren.

Bindingen finder du i tabellen over IR-bånd i afsnit A4.5. For et C−H-bånd skal hybridiseringen af carbonatomet stå i tabellen, fx “C−H-stræk på sp3-carbon”.

Bånd 2 er to spidser lige til venstre for stregen ved 3000 cm−1. Bånd 4 ligger næsten på stregen ved 1600 cm−1.

Du kan begynde sætningen i spørgsmål b sådan: “Der er intet kraftigt, skarpt bånd ved 1750 til 1695 cm−1, så stoffet har ingen …”

Du kan begynde konklusionen sådan: “Spektret har et bredt og kraftigt bånd ved 3340 cm−1, så stoffet har en … Båndene ved … og ved … viser, at stoffet har en …”

  1. Den udfyldte tabel:
Bånd Bølgetal i cm−1 Båndets karakter Binding og svingning Funktionel gruppe
1 3340 kraftigt og bredt O−H-stræk hydroxygruppe
2 3060 og 3030 middel, to skarpe spidser C−H-stræk på sp2-carbon benzenring
3 2930 til 2850 kraftige, skarpe spidser C−H-stræk på sp3-carbon carbonkæde
4 1604 middel og skarpt C=C-stræk i benzenringen benzenring

En aflæsning, der ligger inden for omkring 10 cm−1 fra tabellens tal, er rigtig.

  1. Der er intet kraftigt, skarpt bånd ved 1750 til 1695 cm−1, så stoffet har ingen carbonylgruppe. Et andet rigtigt svar: der er intet bånd ved 2260 til 2100 cm−1, så stoffet har ingen tripelbinding.

  2. Spektret har et bredt og kraftigt bånd ved 3340 cm−1 fra et O−H-stræk, så stoffet har en hydroxygruppe. Båndene ved 3060 og 3030 cm−1 fra C−H på sp2-carbon og båndet ved 1604 cm−1 viser, at stoffet har en benzenring. Stoffet er altså umættet. Båndene ved 2930 til 2850 cm−1 viser, at stoffet også har C−H på sp3-carbon i en mættet carbonkæde.

Stoffet er en alkohol eller en phenol med en benzenring. IR-spektret kan ikke vise, om hydroxygruppen sidder på benzenringen eller på carbonkæden. Spektret passer fx med 2-phenylethanol, C6H5−CH2−CH2−OH.

En benzenring har også et bånd omkring 1500 cm−1. I spektret ligger det bånd lige på grænsen til fingeraftryksområdet, og det er derfor ikke taget med i tabellen.

Opgave A4.6.3: Skriv tolkningstabellen selv

Figuren viser IR-spektret af et stof med molekylformlen C5H10O.

Figur 3: IR-spektret af et stof med molekylformlen C5H10O.
  1. Skriv en tolkningstabel for spektret med kolonnerne Bølgetal i cm−1, Båndets karakter, Binding og svingning og Funktionel gruppe. Tag alle tydelige bånd over 1500 cm−1 med.
  2. Skriv en konklusion: hvilken stofklasse hører stoffet til, og er carbonkæden mættet eller umættet? Skriv også, hvad et bånd, der mangler, viser.
  3. Beregn antallet af dobbeltbindingsækvivalenter for C5H10O, og forklar, hvilken binding i stoffet tallet svarer til.

Begynd med det dybeste bånd i spektret. Det ligger mellem 1700 og 1800 cm−1 og er et C=O-bånd. Se derefter på området fra 3000 til 2700 cm−1. Her er der kraftige spidser lige under 3000 cm−1 og to svagere spidser længere mod højre.

Tabellen får tre rækker: C−H-båndene ved 2960 til 2860 cm−1, de to svagere spidser ved 2820 og 2720 cm−1 og C=O-båndet ved 1727 cm−1. Spidsen ved 2820 cm−1 ligger som en skulder på C−H-båndene.

Slå de to spidser ved 2820 og 2720 cm−1 op i tabellen over IR-bånd i afsnit A4.5. Tabellen under overskriften “C=O” i afsnit A4.5 viser, hvilket andet bånd der afgør, hvilken slags carbonylgruppe et stof har.

Til spørgsmål c: brug formlen fra afsnit A3.1, DBE = (2 · C + 2 + N − H) / 2.

  1. Tolkning af IR-spektret:
Bølgetal i cm−1 Båndets karakter Binding og svingning Funktionel gruppe
2960 til 2860 kraftige, skarpe spidser C−H-stræk på sp3-carbon carbonkæde
2820 og 2720 middel, to skarpe spidser C−H-stræk i −CHO aldehydgruppe
1727 kraftigt og skarpt C=O-stræk aldehydgruppe
  1. Spektret har et C=O-bånd ved 1727 cm−1 og de to spidser ved 2820 og 2720 cm−1 fra C−H-bindingen i en aldehydgruppe. Stoffet er derfor et aldehyd. En keton har også et C=O-bånd, men en keton har ingen bånd ved 2840 til 2690 cm−1.

Der er ingen C−H-bånd over 3000 cm−1, så carbonkæden er mættet.

Der er intet bredt bånd mellem 3640 og 2500 cm−1, så stoffet har ingen O−H-binding. Stoffet er altså hverken en alkohol eller en carboxylsyre.

Spektret passer med pentanal, CH3CH2CH2CH2CHO.

  1. Antallet af dobbeltbindingsækvivalenter er

\[ \mathrm{DBE} = \frac{2 \cdot 5 + 2 - 10}{2} = 1 \]

Den ene dobbeltbindingsækvivalent er dobbeltbindingen i carbonylgruppen, C=O. Stoffet har derfor hverken en ring eller en dobbeltbinding mellem to carbonatomer. Det passer med, at spektret ikke har C−H-bånd over 3000 cm−1.

Opgave A4.6.4: Mættet eller umættet?

Tabellen viser alle bånd over 1500 cm−1 i IR-spektrene af fire stoffer, P, Q, R og S. Båndets karakter står i parentes.

Stof Bånd over 1500 cm−1
P 2960 til 2860 (kraftige, skarpe spidser) og 1715 (kraftigt og skarpt)
Q 3080 (middel og skarpt), 2960 til 2860 (kraftige, skarpe spidser) og 1642 (middel og skarpt)
R 3060 og 3030 (middel og skarpe), 2960 til 2860 (kraftige, skarpe spidser) og 1604 (middel og skarpt)
S 3310 (kraftigt og skarpt), 2960 til 2860 (kraftige, skarpe spidser) og 2120 (svagt og skarpt)
  1. Afgør for hvert af de fire stoffer, om carbonkæden er mættet eller umættet. Skriv de bånd, der viser det.
  2. Angiv for hvert C−H-bånd i tabellen hybridiseringen af det carbonatom, som hydrogenatomet sidder på.
  3. Angiv for hvert af de umættede stoffer, om båndene viser en dobbeltbinding mellem to carbonatomer, en tripelbinding mellem to carbonatomer eller en benzenring.
  4. En elev skriver: “Stof P har et bånd ved 1715 cm−1. Stof P har altså en dobbeltbinding og er umættet.” Forklar, hvad der er galt med elevens tolkning.

Se først på C−H-båndene, og brug grænsen ved 3000 cm−1. Ligger alle C−H-bånd under 3000 cm−1, sidder alle hydrogenatomer på sp3-hybridiserede carbonatomer. Et C−H-bånd over 3000 cm−1 viser, at stoffet er umættet.

Slå båndene ved 1642, 1604 og 2120 cm−1 op i tabellen over IR-bånd i afsnit A4.5. De tre bånd viser hver sin slags umættet stof. Slå også båndet ved 3310 cm−1 op under C−H.

Til spørgsmål d: ordene mættet og umættet handler om bindingerne mellem carbonatomerne. Find ud af, hvilken binding der giver et kraftigt, skarpt bånd ved 1715 cm−1. Du kan begynde sådan: “Båndet ved 1715 cm−1 er ikke et C=C-stræk, men et … Et C=C-bånd ligger ved … og er …”

  1. Mættet eller umættet:
Stof Carbonkæden er Bånd, der viser det
P mættet alle C−H-bånd ligger under 3000 cm−1
Q umættet 3080 og 1642 cm−1
R umættet 3060, 3030 og 1604 cm−1
S umættet 3310 og 2120 cm−1
  1. Hybridiseringen af carbonatomet i hvert C−H-bånd:
Stof C−H-bånd i cm−1 Hydrogenatomet sidder på
P, Q, R og S 2960 til 2860 sp3-hybridiseret carbon
Q 3080 sp2-hybridiseret carbon
R 3060 og 3030 sp2-hybridiseret carbon
S 3310 sp-hybridiseret carbon
  1. Stof Q har en dobbeltbinding mellem to carbonatomer. Båndet ved 1642 cm−1 ligger i intervallet for C=C i alkener, 1680 til 1640 cm−1, og båndet ved 3080 cm−1 er C−H på sp2-carbon.

Stof R har en benzenring. Båndet ved 1604 cm−1 er et C=C-stræk i en benzenring, som har bånd omkring 1600 og 1500 cm−1, og båndene ved 3060 og 3030 cm−1 er C−H på sp2-carbon.

Stof S har en tripelbinding mellem to carbonatomer. Båndet ved 2120 cm−1 ligger i intervallet for C≡C, 2260 til 2100 cm−1, og båndet ved 3310 cm−1 er C−H på sp-carbon. Båndet ved 3310 cm−1 er ikke et N−H-bånd, for et N−H-bånd er kun middelstærkt.

  1. Båndet ved 1715 cm−1 er ikke et C=C-stræk, men et C=O-stræk. Båndet er kraftigt og skarpt og ligger i intervallet for C=O i ketoner, 1725 til 1705 cm−1. Et C=C-bånd ligger ved 1680 til 1640 cm−1 og er kun svagt til middelstærkt.

Stof P har altså en dobbeltbinding, men den sidder mellem et carbonatom og et oxygenatom. Ordene mættet og umættet handler om bindingerne mellem carbonatomerne. Alle C−H-bånd i spektret af stof P ligger under 3000 cm−1, så carbonkæden i stof P er mættet. Stof P kan fx være en keton.

Opgave A4.6.5: Bånd, der mangler

Et bånd, der mangler, er også en oplysning. Tabellen viser molekylformlen for tre stoffer og alle de bånd over 1500 cm−1, som stoffernes IR-spektre har. De tre spektre har kun C−H-bånd over 1500 cm−1.

Stof Molekylformel Bånd over 1500 cm−1
1 C4H10O 2960 til 2860 (kraftige, skarpe spidser)
2 C6H12 2930 til 2850 (kraftige, skarpe spidser)
3 C3H9N 2960 til 2850 (kraftige, skarpe spidser)
  1. Beregn antallet af dobbeltbindingsækvivalenter for hvert af de tre stoffer.
  2. Stof 1 har et oxygenatom. Forklar, hvad de manglende bånd viser om oxygenatomet, og foreslå et stof, som stof 1 kan være.
  3. Forklar, hvad de manglende bånd viser om stof 2, og foreslå et stof, som stof 2 kan være.
  4. Stof 3 har et nitrogenatom. Forklar, hvad de manglende bånd viser om nitrogenatomet, og foreslå et stof, som stof 3 kan være.

Brug formlen fra afsnit A3.1, DBE = (2 · C + 2 + N − H) / 2, til spørgsmål a.

Skriv derefter for hvert stof de grupper op, som molekylet kunne have, og slå gruppernes bånd op i tabellen over IR-bånd i afsnit A4.5. Oxygenatomet i stof 1 kan sidde i en hydroxygruppe, i en carbonylgruppe eller mellem to carbonatomer.

Stof 1: en hydroxygruppe ville give et bredt, kraftigt bånd ved 3640 til 3160 cm−1. C−O-strækket fra et oxygenatom mellem to carbonatomer ligger i fingeraftryksområdet.

Stof 2: én dobbeltbindingsækvivalent er enten en dobbeltbinding eller en ring. En dobbeltbinding mellem to carbonatomer ville give C−H-bånd ved 3100 til 3000 cm−1 og et C=C-bånd ved 1680 til 1640 cm−1.

Stof 3: en amin med N−H-bindinger giver en eller to spidser ved 3500 til 3300 cm−1. I afsnit B4.6 lærte du, at en tertiær amin ikke har noget hydrogenatom på nitrogenatomet.

  1. Stof 1, C4H10O:

\[ \mathrm{DBE} = \frac{2 \cdot 4 + 2 - 10}{2} = 0 \]

Stof 2, C6H12:

\[ \mathrm{DBE} = \frac{2 \cdot 6 + 2 - 12}{2} = 1 \]

Stof 3, C3H9N:

\[ \mathrm{DBE} = \frac{2 \cdot 3 + 2 + 1 - 9}{2} = 0 \]

  1. Spektret af stof 1 har intet bredt bånd ved 3640 til 3160 cm−1, så stof 1 har ingen O−H-binding og er ikke en alkohol. Der er heller intet C=O-bånd ved 1750 til 1695 cm−1, og det passer med, at stof 1 ikke har nogen dobbeltbindingsækvivalenter. Oxygenatomet må derfor sidde mellem to carbonatomer. Stof 1 er en ether, fx diethylether, CH3CH2−O−CH2CH3.

C−O-strækket i en ether ligger ved 1260 til 1000 cm−1. Det er i fingeraftryksområdet og står derfor ikke i tabellen.

  1. Stof 2 har én dobbeltbindingsækvivalent, så molekylet har én dobbeltbinding eller én ring. Spektret af stof 2 har ingen C−H-bånd ved 3100 til 3000 cm−1 og intet C=C-bånd ved 1680 til 1640 cm−1. Stof 2 har altså ingen dobbeltbinding mellem carbonatomer. Den ene dobbeltbindingsækvivalent må være en ring. Stof 2 kan være cyclohexan, som er en ring af seks CH2-grupper.

En test med dibromvand kan bekræfte svaret: cyclohexan har ingen dobbeltbinding og affarver ikke dibromvand.

  1. Spektret af stof 3 har ingen spidser ved 3500 til 3300 cm−1, så stof 3 har ingen N−H-binding. Nitrogenatomet er altså bundet til tre carbonatomer, og stof 3 er en tertiær amin: trimethylamin, (CH3)3N.

Stof 3 har ingen dobbeltbindingsækvivalenter, så molekylet har heller ingen tripelbinding mellem carbon og nitrogen. Det passer med, at der ikke er noget bånd ved 2260 til 2200 cm−1.

Opgave A4.6.6: Tre stoffer og ét spektrum

Tabellen viser tre stoffer, A, B og C. Stof C er et nitril: det har en tripelbinding mellem et carbonatom og et nitrogenatom. Figuren viser IR-spektret af ét af de tre stoffer.

Stof Navn Formel
A butan-1-ol CH3CH2CH2CH2OH
B butylamin CH3CH2CH2CH2NH2
C butannitril CH3CH2CH2C≡N
Figur 4: IR-spektret af ét af stofferne A, B og C.
  1. Skriv for hvert af de tre stoffer de bånd over 1500 cm−1, som stoffet må forventes at have. Brug tabellen over IR-bånd i afsnit A4.5.
  2. Hvilket af stofferne A, B og C hører spektret til? Begrund svaret med både de bånd, spektret har, og de bånd, der mangler.
  3. Stof A og stof B har begge bånd mellem 3600 og 3200 cm−1. Beskriv, hvordan båndenes form viser forskel på stof A og stof B.

Find først den funktionelle gruppe i hvert af de tre stoffer: en hydroxygruppe i stof A, en aminogruppe, −NH2, i stof B og en tripelbinding, C≡N, i stof C. Slå bindingerne O−H, N−H og C≡N op i tabellen over IR-bånd i afsnit A4.5. Alle tre stoffer har desuden C−H-bindinger på sp3-carbon.

Spektret har kun to slags bånd over 1500 cm−1: skarpe spidser lige under 3000 cm−1 og et skarpt bånd ved 2250 cm−1. Se især på området fra 3600 til 3200 cm−1, hvor kurven ligger helt oppe ved 96 %.

Du kan begynde begrundelsen sådan: “Spektret har et bånd ved …, som skyldes … Der er intet bredt bånd ved …, så stoffet har ingen … Der er ingen spidser ved …, så stoffet har ingen …”

  1. De forventede bånd:
Stof Forventede bånd over 1500 cm−1
A, butan-1-ol O−H-stræk ved 3640 til 3160 cm−1 (kraftigt og bredt) og C−H-stræk på sp3-carbon ved 2960 til 2850 cm−1
B, butylamin N−H-stræk ved 3500 til 3300 cm−1 (middel, to spidser) og C−H-stræk på sp3-carbon ved 2960 til 2850 cm−1
C, butannitril C−H-stræk på sp3-carbon ved 2960 til 2850 cm−1 og C≡N-stræk ved 2260 til 2200 cm−1 (middel)
  1. Tolkning af IR-spektret:
Bølgetal i cm−1 Båndets karakter Binding og svingning Funktionel gruppe
2960 til 2860 kraftige, skarpe spidser C−H-stræk på sp3-carbon carbonkæde
2250 middel og skarpt C≡N-stræk tripelbinding, C≡N

Der er intet bredt bånd ved 3640 til 3160 cm−1, så stoffet har ingen O−H-binding. Spektret hører derfor ikke til stof A, butan-1-ol.

Der er ingen spidser ved 3500 til 3300 cm−1, så stoffet har ingen N−H-binding. Spektret hører derfor ikke til stof B, butylamin.

Båndet ved 2250 cm−1 ligger i intervallet for C≡N i nitriler, 2260 til 2200 cm−1. Spektret hører til stof C, butannitril, som har en tripelbinding mellem carbon og nitrogen og kun C−H-bindinger på sp3-carbon.

  1. O−H-bindingen i stof A, butan-1-ol, giver ét kraftigt og bredt bånd. Båndet er bredt, fordi molekylerne i en alkohol danner hydrogenbindinger til hinanden.

N−H-bindingerne i stof B, butylamin, giver to smallere spidser, som kun er middelstærke. Der er to spidser, fordi aminogruppen, −NH2, har to N−H-bindinger.

Opgave A4.6.7: Find fejlene i en tolkning

Figuren viser IR-spektret af et stof med molekylformlen C5H10O2. En elev har tolket spektret. Elevens tabel og elevens konklusion står under figuren.

Figur 5: IR-spektret af et stof med molekylformlen C5H10O2.
Bølgetal i cm−1 Båndets karakter Binding og svingning Funktionel gruppe
2960 til 2860 skarpe spidser C−H-stræk carbonkæde
1712 kraftigt og skarpt C=C-stræk dobbeltbinding, C=C
1240 middel C−O-stræk ethergruppe

Elevens konklusion: “Stoffet har en dobbeltbinding mellem to carbonatomer og en ethergruppe. Stoffet er en umættet ether.”

  1. Eleven har overset ét bånd over 1500 cm−1. Find båndet i spektret, og skriv den række, der mangler i elevens tabel.
  2. Find én fejl i hver af de tre rækker, eleven har skrevet, og forklar de tre fejl.
  3. Skriv den rigtige tolkningstabel og en rigtig konklusion.

Se på området fra 3400 til 2500 cm−1. Kurven ligger lavt i hele området, og de skarpe C−H-spidser ligger oven i et meget bredt bånd. Sammenlign med spektret af butansyre i afsnit A4.6.

De tre fejl i elevens rækker handler om tre regler:

  • For et C−H-bånd skal hybridiseringen af carbonatomet stå i tabellen.
  • Et C=C-bånd ligger ved 1680 til 1640 cm−1 og er svagt til middelstærkt. Slå op i tabellen over IR-bånd i afsnit A4.5, hvilken binding der giver et kraftigt, skarpt bånd ved 1712 cm−1.
  • Bånd under 1500 cm−1 ligger i fingeraftryksområdet.

Til konklusionen: en carboxylsyre har to bånd, og begge skal nævnes.

  1. Eleven har overset det meget brede bånd fra 3400 til 2500 cm−1. De skarpe C−H-spidser ligger oven i det brede bånd. Rækken, der mangler:
Bølgetal i cm−1 Båndets karakter Binding og svingning Funktionel gruppe
3400 til 2500 kraftigt og meget bredt O−H-stræk carboxylgruppe
  1. De tre fejl:
  1. Rækken med 2960 til 2860 cm−1 mangler hybridiseringen. Der skal stå “C−H-stræk på sp3-carbon”. Karakteren skal også have styrken med: kraftige, skarpe spidser.
  2. Båndet ved 1712 cm−1 er ikke et C=C-stræk, men et C=O-stræk. Båndet er kraftigt og skarpt og ligger i intervallet for C=O i carboxylsyrer, 1725 til 1695 cm−1. Et C=C-bånd ligger ved 1680 til 1640 cm−1 og er kun svagt til middelstærkt.
  3. Båndet ved 1240 cm−1 ligger under 1500 cm−1 i fingeraftryksområdet og skal ikke tolkes. C−O-stræk findes i både alkoholer, ethere, estere og carboxylsyrer, så båndet kan ikke vise en ethergruppe.
  1. Den rigtige tolkning:
Bølgetal i cm−1 Båndets karakter Binding og svingning Funktionel gruppe
3400 til 2500 kraftigt og meget bredt O−H-stræk carboxylgruppe
2960 til 2860 kraftige, skarpe spidser C−H-stræk på sp3-carbon carbonkæde
1712 kraftigt og skarpt C=O-stræk carboxylgruppe

Spektret har både det meget brede O−H-bånd fra 3400 til 2500 cm−1 og et C=O-bånd ved 1712 cm−1, så stoffet er en carboxylsyre. Der er ingen skarpe C−H-spidser over 3000 cm−1, så carbonkæden er mættet.

Molekylformlen C5H10O2 giver én dobbeltbindingsækvivalent:

\[ \mathrm{DBE} = \frac{2 \cdot 5 + 2 - 10}{2} = 1 \]

Den ene dobbeltbindingsækvivalent er dobbeltbindingen i carboxylgruppen, C=O. Spektret passer fx med pentansyre, CH3CH2CH2CH2COOH.

Opgave A4.6.8: En hel tolkning

Figuren viser IR-spektret af et stof med molekylformlen C6H10O.

Figur 6: IR-spektret af et stof med molekylformlen C6H10O.
  1. Tolk IR-spektret, som du ville gøre til den skriftlige prøve: skriv en tolkningstabel for alle tydelige bånd over 1500 cm−1, skriv, hvad de manglende bånd viser, og skriv en konklusion om stoffets funktionelle grupper.
  2. Beregn antallet af dobbeltbindingsækvivalenter for C6H10O, og vis, at tallet passer med konklusionen.

Følg fremgangsmåden i afsnit A4.6: se først efter C=O, derefter efter brede bånd fra O−H mellem 3600 og 2500 cm−1, derefter på C−H-båndene omkring 3000 cm−1 og til sidst efter C=C omkring 1650 cm−1.

Spektret har to bånd mellem 1600 og 1750 cm−1. Se på, hvor dybe de to bånd er.

Tabellen får fire rækker: båndet ved 3080 cm−1, båndene ved 2960 til 2860 cm−1, båndet ved 1715 cm−1 og båndet ved 1642 cm−1. Det kraftige bånd ved 1715 cm−1 og det middelstærke bånd ved 1642 cm−1 skyldes to forskellige dobbeltbindinger.

Du kan begynde sætningerne om de manglende bånd sådan: “Der er intet bredt bånd mellem … og …, så stoffet har ingen …” og “Der er ingen spidser ved 2840 til 2690 cm−1, så stoffet er ikke et …”

Til spørgsmål b: tæl én dobbeltbindingsækvivalent for hver dobbeltbinding, du har fundet i spektret.

  1. Tolkning af IR-spektret:
Bølgetal i cm−1 Båndets karakter Binding og svingning Funktionel gruppe
3080 middel og skarpt C−H-stræk på sp2-carbon dobbeltbinding, C=C
2960 til 2860 kraftige, skarpe spidser C−H-stræk på sp3-carbon carbonkæde
1715 kraftigt og skarpt C=O-stræk carbonylgruppe
1642 middel og skarpt C=C-stræk dobbeltbinding, C=C

Der er intet bredt bånd mellem 3640 og 2500 cm−1, så stoffet har ingen O−H-binding. Stoffet er hverken en alkohol eller en carboxylsyre.

Der er ingen spidser ved 2840 til 2690 cm−1, så stoffet er ikke et aldehyd.

Konklusion: Båndet ved 1715 cm−1 viser en carbonylgruppe. Bølgetallet ligger i intervallet for ketoner, 1725 til 1705 cm−1, og de manglende bånd udelukker en carboxylsyre og et aldehyd. Stoffet har kun ét oxygenatom, så stoffet er heller ikke en ester. Stoffet er altså en keton. Båndet ved 3080 cm−1 fra C−H på sp2-carbon og båndet ved 1642 cm−1 fra et C=C-stræk viser, at stoffet også har en dobbeltbinding mellem to carbonatomer. Stoffet er en umættet keton.

  1. Antallet af dobbeltbindingsækvivalenter er

\[ \mathrm{DBE} = \frac{2 \cdot 6 + 2 - 10}{2} = 2 \]

Dobbeltbindingen i carbonylgruppen, C=O, tæller 1, og dobbeltbindingen mellem de to carbonatomer, C=C, tæller 1. Det giver 2 i alt, så tallet passer med konklusionen, og stoffet har ingen ring. Spektret passer fx med hex-5-en-2-on, CH2=CHCH2CH2COCH3.

Opgaver i eksamensstil

Opgaverne ligner delopgaverne i den skriftlige prøve i kemi A. Skriv svarene, som du ville gøre til prøven: med en tolkningstabel for alle tydelige bånd over 1500 cm−1, en sætning om de bånd, der mangler, og en konklusion, der knytter båndene til strukturen.

Opgave A4.6.eks.1: Bananaroma

Esteren 3-methylbutylethanoat dufter kraftigt af banan. Stoffet findes i modne bananer og bruges som aroma i slik og is. Figuren viser strukturen af 3-methylbutylethanoat og et IR-spektrum af stoffet.

Figur 7: 3-methylbutylethanoat og stoffets IR-spektrum.
  1. Angiv den funktionelle gruppe i 3-methylbutylethanoat, og angiv stofklassen.
  2. Argumentér ud fra IR-spektret for, at stoffet er en ester.
  3. 3-methylbutylethanoat kan fremstilles af ethansyre og 3-methylbutan-1-ol. Opskriv reaktionsskemaet, og angiv reaktionstypen.
  4. Forklar, hvordan et IR-spektrum af produktet kan vise, om der er ethansyre eller 3-methylbutan-1-ol tilbage i produktet.

Find i strukturen det carbonatom, der har en dobbeltbinding til ét oxygenatom og en enkeltbinding til et andet oxygenatom. Det er estergruppen, −COO−.

Til spørgsmål b: skriv en tolkningstabel for alle tydelige bånd over 1500 cm−1. Spektret har to slags bånd: skarpe spidser lige under 3000 cm−1 og ét meget dybt bånd mellem 1700 og 1800 cm−1.

Et C=O-bånd alene viser ikke, at stoffet er en ester. Se i tabellen under overskriften “C=O” i afsnit A4.5, hvilke bånd der skal mangle, og sammenlign bølgetallet 1741 cm−1 med intervallerne for estere og ketoner. Du kan begynde sådan: “Der er intet bredt bånd mellem 3640 og 2500 cm−1, så stoffet har ingen … Stoffet er derfor hverken en … eller en …”

Til spørgsmål c: en ester dannes af en carboxylsyre og en alkohol ved en af reaktionstyperne i afsnit A3.3. Det andet produkt er vand.

Til spørgsmål d: find den funktionelle gruppe i ethansyre og i 3-methylbutan-1-ol, og slå gruppernes bånd op. Hvilke af båndene har esteren ikke?

  1. 3-methylbutylethanoat har en estergruppe, −COO−. Carbonatomet i gruppen har en dobbeltbinding til det ene oxygenatom og en enkeltbinding til det andet oxygenatom, som sidder mellem to carbonatomer. Stofklassen er ester.

  2. Tolkning af IR-spektret:

Bølgetal i cm−1 Båndets karakter Binding og svingning Funktionel gruppe
2960 til 2870 kraftige, skarpe spidser C−H-stræk på sp3-carbon carbonkæde
1741 kraftigt og skarpt C=O-stræk estergruppe

Der er intet bredt bånd mellem 3640 og 2500 cm−1, så stoffet har ingen O−H-binding. Stoffet er derfor hverken en carboxylsyre eller en alkohol. Der er ingen spidser ved 2840 til 2690 cm−1, så stoffet er ikke et aldehyd. Der er ingen C−H-bånd over 3000 cm−1, så carbonkæden er mættet.

Konklusion: Båndet ved 1741 cm−1 viser en C=O-binding. Bølgetallet ligger i intervallet for estere, 1750 til 1735 cm−1, og over intervallet for ketoner, 1725 til 1705 cm−1. Sammen med de manglende bånd fra O−H og fra C−H i en aldehydgruppe viser det, at stoffet er en ester. Det passer med strukturen af 3-methylbutylethanoat, som har en estergruppe, og hvor alle hydrogenatomer sidder på sp3-hybridiserede carbonatomer.

  1. Reaktionsskemaet:

CH3COOH + (CH3)2CHCH2CH2OH → CH3COOCH2CH2CH(CH3)2 + H2O

Reaktionen er en kondensation: carboxylsyren ethansyre og alkoholen 3-methylbutan-1-ol bliver sat sammen til ét molekyle, og der dannes vand.

  1. Ethansyre har en carboxylgruppe. Den giver et kraftigt og meget bredt O−H-bånd fra 3400 til 2500 cm−1 og et C=O-bånd ved 1725 til 1695 cm−1. 3-methylbutan-1-ol har en hydroxygruppe. Den giver et kraftigt og bredt O−H-bånd ved 3640 til 3160 cm−1. Esteren har ingen O−H-binding.

Er der ethansyre eller 3-methylbutan-1-ol tilbage i produktet, har produktets spektrum derfor et bredt bånd mellem 3640 og 2500 cm−1. Spektret i figuren har intet bredt bånd i det område, så spektret viser hverken ethansyre eller 3-methylbutan-1-ol. Meget små rester giver dog så svage bånd, at de ikke kan ses i spektret.

Opgave A4.6.eks.2: Et stof fra pebermynteolie

Pebermynteolie bruges som smagsstof i tyggegummi og tandpasta. Olien er en blanding af mange stoffer. Et af dem, som her kaldes stof X, har molekylformlen C10H18O. Figuren viser IR-spektret af stof X og to forslag til strukturen af stof X, struktur A og struktur B. Begge forslag har molekylformlen C10H18O.

Figur 8: IR-spektret af stof X og to forslag til strukturen af stof X.
  1. Beregn antallet af dobbeltbindingsækvivalenter for stof X.
  2. Angiv de funktionelle grupper, som IR-spektret viser, at stof X har.
  3. Argumentér for, hvilken af strukturerne A og B der er stof X. Inddrag antallet af dobbeltbindingsækvivalenter.
  4. Stof X giver intet sølvspejl i Tollens’ test, og stof X affarver ikke dibromvand. Forklar, hvordan de to testresultater passer med svaret på spørgsmål c.

Brug formlen fra afsnit A3.1, DBE = (2 · C + 2 + N − H) / 2. Hver dobbeltbinding og hver ring tæller 1.

Til spørgsmål b: skriv en tolkningstabel for alle tydelige bånd over 1500 cm−1 i spektret af stof X. Spektret har skarpe spidser lige under 3000 cm−1 og ét meget dybt bånd lidt over 1700 cm−1.

Find de funktionelle grupper i de to forslag. Struktur A har en ring og en carbonylgruppe midt i ringen, så struktur A er en keton. Struktur B har en aldehydgruppe for enden af kæden og en dobbeltbinding mellem to carbonatomer.

Skriv for hver struktur, hvilke bånd strukturen ville give, og se efter, om spektret af stof X har dem: C−H i en aldehydgruppe giver to spidser ved 2840 til 2690 cm−1, og en dobbeltbinding mellem to carbonatomer giver C−H-bånd ved 3100 til 3000 cm−1 og et C=C-bånd ved 1680 til 1640 cm−1.

Til spørgsmål d: slå Tollens’ test og dibromvand op i tabellen i afsnit A3.4. Hvilken gruppe påviser hver af de to test?

  1. Antallet af dobbeltbindingsækvivalenter for C10H18O er

\[ \mathrm{DBE} = \frac{2 \cdot 10 + 2 - 18}{2} = 2 \]

Stof X har altså to dobbeltbindinger, to ringe eller én dobbeltbinding og én ring.

  1. Tolkning af IR-spektret af stof X:
Bølgetal i cm−1 Båndets karakter Binding og svingning Funktionel gruppe
2960 til 2860 kraftige, skarpe spidser C−H-stræk på sp3-carbon carbonkæde
1715 kraftigt og skarpt C=O-stræk carbonylgruppe

Der er intet bredt bånd mellem 3640 og 2500 cm−1, så stof X har ingen O−H-binding. Der er ingen spidser ved 2840 til 2690 cm−1, så carbonylgruppen sidder ikke i en aldehydgruppe.

IR-spektret viser altså én funktionel gruppe: en carbonylgruppe. Stof X har kun ét oxygenatom, så carbonylgruppen sidder hverken i en estergruppe eller i en carboxylgruppe. Bølgetallet 1715 cm−1 ligger i intervallet for ketoner, 1725 til 1705 cm−1, så stof X er en keton.

  1. Begge strukturer passer med de to dobbeltbindingsækvivalenter. Struktur A har en carbonylgruppe og en ring. Struktur B har en carbonylgruppe i en aldehydgruppe og en dobbeltbinding mellem to carbonatomer.

Carbonylgruppen i stof X bruger den ene dobbeltbindingsækvivalent. Spektret af stof X har ingen C−H-bånd ved 3100 til 3000 cm−1 og intet C=C-bånd ved 1680 til 1640 cm−1. Stof X har altså ingen dobbeltbinding mellem carbonatomer, og den anden dobbeltbindingsækvivalent må være en ring. Det passer med struktur A og ikke med struktur B.

Spektret af stof X har heller ikke de to spidser ved 2840 til 2690 cm−1, som aldehydgruppen i struktur B ville give, og C=O-båndet ved 1715 cm−1 ligger i intervallet for ketoner.

Stof X har derfor struktur A: en keton med en ring af seks carbonatomer. Stoffet hedder menthon. Struktur B er citronellal.

  1. Tollens’ test påviser aldehyder. Et aldehyd bliver oxideret, og der dannes et sølvspejl. En keton kan ikke oxideres på den måde. Stof X giver intet sølvspejl, så stof X er ikke et aldehyd. Det passer med struktur A, som er en keton, og ikke med struktur B, som er et aldehyd.

Dibromvand påviser dobbeltbindinger mellem carbonatomer. Dibrom adderer til en C=C, og den gule farve forsvinder. Stof X affarver ikke dibromvand, så stof X har ingen C=C. Det passer med struktur A, hvor den anden dobbeltbindingsækvivalent er en ring, og ikke med struktur B, som har en C=C.

De to test bekræfter altså det, IR-spektret viste. Testen med dibromvand er en vigtig støtte, fordi et C=C-bånd kan være så svagt, at det er svært at se i et IR-spektrum.

Opgave A4.6.eks.3: Smøraroma i øl

Butan-2,3-dion, som også kaldes diacetyl, smager kraftigt af smør. Gær danner lidt diacetyl, når øl gærer, og smagen er uønsket i de fleste øl. Bryggeren lader derfor øllet stå, til gæren har omdannet diacetyl til 3-hydroxybutan-2-on og videre til butan-2,3-diol, som næsten ikke smager af noget. Figuren viser de tre stoffer, A, B og C, og IR-spektret af ét af dem.

Figur 9: Stofferne A, B og C og IR-spektret af ét af de tre stoffer.
  1. Angiv de funktionelle grupper i hvert af stofferne A, B og C.
  2. Hvilket af stofferne A, B og C hører IR-spektret til? Begrund svaret.
  3. Angiv reaktionstypen for omdannelsen af stof A til stof B. Begrund svaret med oxidationstal.
  4. Forklar, hvordan IR-spektroskopi kan vise, at stof B er omdannet fuldstændigt til stof C.

Find oxygenatomerne i hvert af de tre stoffer. Et oxygenatom med en dobbeltbinding til et carbonatom midt i kæden er en carbonylgruppe i en keton. Et oxygenatom med et hydrogenatom på er en hydroxygruppe.

Til spørgsmål b: skriv en tolkningstabel for alle tydelige bånd over 1500 cm−1 i spektret, og sammenlign med de funktionelle grupper i stof A, stof B og stof C.

Spektret har et bredt og kraftigt bånd ved 3340 cm−1 og et kraftigt, skarpt bånd ved 1715 cm−1. Hvilket af de tre stoffer har både den gruppe, der giver det første bånd, og den gruppe, der giver det andet? Skriv også, hvilket bånd der ville mangle i spektret af hvert af de to andre stoffer.

Til spørgsmål c: brug reglen fra afsnit A3.3. Hver binding fra carbonatomet til H tæller −1, en enkeltbinding til O tæller +1, en dobbeltbinding til O tæller +2, og bindinger til andre carbonatomer tæller 0. Se på det carbonatom, der ændrer sig fra stof A til stof B.

Til spørgsmål d: sammenlign de funktionelle grupper i stof B og stof C. Hvilket bånd har stof B, som stof C ikke har?

  1. De funktionelle grupper:
Stof Funktionelle grupper Stofklasse
A, butan-2,3-dion to carbonylgrupper, C=O, midt i kæden keton
B, 3-hydroxybutan-2-on én carbonylgruppe, C=O, og én hydroxygruppe, −OH keton og sekundær alkohol
C, butan-2,3-diol to hydroxygrupper, −OH sekundær alkohol
  1. Tolkning af IR-spektret:
Bølgetal i cm−1 Båndets karakter Binding og svingning Funktionel gruppe
3340 kraftigt og bredt O−H-stræk hydroxygruppe
2960 til 2870 middel, skarpe spidser C−H-stræk på sp3-carbon carbonkæde
1715 kraftigt og skarpt C=O-stræk carbonylgruppe

Der er ingen C−H-bånd over 3000 cm−1, så carbonkæden er mættet. Der er ingen spidser ved 2840 til 2690 cm−1, så carbonylgruppen sidder ikke i en aldehydgruppe.

Konklusion: Spektret viser både en hydroxygruppe og en carbonylgruppe. Stof A har ingen hydroxygruppe, så spektret af stof A ville mangle det brede O−H-bånd ved 3340 cm−1. Stof C har ingen carbonylgruppe, så spektret af stof C ville mangle C=O-båndet ved 1715 cm−1. Kun stof B har begge grupper. Spektret hører til stof B, 3-hydroxybutan-2-on. Bølgetallet 1715 cm−1 ligger i intervallet for ketoner, 1725 til 1705 cm−1, og det passer med, at carbonylgruppen i stof B sidder midt i kæden.

  1. Fra stof A til stof B bliver den ene carbonylgruppe til en hydroxygruppe. Carbonatomet i carbonylgruppen i stof A har en dobbeltbinding til O og to bindinger til carbonatomer, så oxidationstallet er +II. I stof B har samme carbonatom én binding til O, én binding til H og to bindinger til carbonatomer, så oxidationstallet er 0.

Oxidationstallet falder fra +II til 0, så reaktionen er en reduktion. En keton er blevet reduceret til en sekundær alkohol.

  1. Stof B har en carbonylgruppe, som giver et kraftigt, skarpt C=O-bånd ved 1715 cm−1. Stof C har to hydroxygrupper og ingen carbonylgruppe. Når stof B reduceres til stof C, forsvinder C=O-båndet ved 1715 cm−1, mens det brede O−H-bånd ved 3340 cm−1 bliver.

Har produktets spektrum intet bånd ved 1715 cm−1, er stof B omdannet til stof C. Er der stadig et bånd ved 1715 cm−1, er der stof B tilbage i produktet.

Opgave A4.6.eks.4: Vin, der bliver til eddike

Står en åben flaske vin længe nok, bliver vinen til eddike. Eddikesyrebakterier oxiderer vinens ethanol til ethansyre i to trin:

Reaktion Reaktionsskema
I CH3CH2OH → CH3CHO
II CH3CHO → CH3COOH

Reaktionsskemaerne viser kun de organiske stoffer. Mellemproduktet er ethanal, CH3CHO. Figuren viser IR-spektrene af to af de tre stoffer, målt på de rene stoffer.

Figur 10: To IR-spektre: spektrum 1 og spektrum 2.
  1. Begrund med oxidationstal, at reaktion I er en oxidation.
  2. Spektrum 1 og spektrum 2 hører til ethanol og ethansyre. Afgør, hvilket spektrum der hører til hvilket stof. Begrund svaret.
  3. Forklar ud fra de to spektre, hvordan IR-spektroskopi kan vise, at ethanol er omdannet til ethansyre.
  4. Angiv de bånd over 1500 cm−1, som IR-spektret af ethanal må forventes at have, og forklar, hvordan spektret af ethanal kan skelnes fra spektrene af ethanol og ethansyre.

Til spørgsmål a: se på det carbonatom, der sidder i CH2OH-gruppen i ethanol og i CHO-gruppen i ethanal. Hver binding til H tæller −1, en enkeltbinding til O tæller +1, og en dobbeltbinding til O tæller +2.

Til spørgsmål b: skriv en tolkningstabel for hvert af de to spektre. Begynd med at se efter et C=O-bånd.

Begge spektre har et O−H-bånd, men de to bånd har ikke samme form. I spektrum 1 er båndet meget bredt og går fra 3400 helt ned til 2500 cm−1. I spektrum 2 ligger båndet ved 3340 cm−1 og er smallere. Sammenlign med figuren under overskriften “O−H og N−H” i afsnit A4.5.

Til spørgsmål c: lav en tabel som den i afsnit A4.6 under “Følg en reaktion”, med en række for hvert bånd, der forsvinder eller kommer til.

Til spørgsmål d: ethanal er et aldehyd med en methylgruppe. Slå bindingerne C−H på sp3-carbon, C−H i −CHO og C=O i aldehyder op i tabellen over IR-bånd i afsnit A4.5.

  1. I ethanol har carbonatomet i CH2OH-gruppen to bindinger til H, én binding til O og én binding til et carbonatom. Oxidationstallet er −I. I ethanal har samme carbonatom én binding til H, en dobbeltbinding til O og én binding til et carbonatom. Oxidationstallet er +I.

Oxidationstallet stiger fra −I til +I, så carbonatomet bliver oxideret. Reaktion I er en oxidation af en primær alkohol til et aldehyd.

  1. Tolkning af spektrum 1:
Bølgetal i cm−1 Båndets karakter Binding og svingning Funktionel gruppe
3400 til 2500 kraftigt og meget bredt O−H-stræk carboxylgruppe
2960 til 2880 skarpe spidser oven i det brede bånd C−H-stræk på sp3-carbon methylgruppe
1712 kraftigt og skarpt C=O-stræk carboxylgruppe

Tolkning af spektrum 2:

Bølgetal i cm−1 Båndets karakter Binding og svingning Funktionel gruppe
3340 kraftigt og bredt O−H-stræk hydroxygruppe
2960 til 2870 middel, skarpe spidser C−H-stræk på sp3-carbon carbonkæde

Spektrum 2 har intet kraftigt, skarpt bånd ved 1750 til 1695 cm−1, så stoffet har ingen carbonylgruppe. Ingen af de to spektre har C−H-bånd over 3000 cm−1.

Konklusion: Spektrum 1 har både det meget brede O−H-bånd fra 3400 til 2500 cm−1 og et C=O-bånd ved 1712 cm−1. De to bånd viser en carboxylgruppe, så spektrum 1 hører til ethansyre, CH3COOH. Spektrum 2 har et bredt O−H-bånd ved 3340 cm−1 og intet C=O-bånd. Det viser en hydroxygruppe uden en carbonylgruppe, så spektrum 2 hører til ethanol, CH3CH2OH.

  1. Man sammenligner spektret af udgangsstoffet ethanol med spektret af produktet:
Ethanol (spektrum 2) Ethansyre (spektrum 1)
O−H-stræk bredt bånd ved 3340 cm−1 meget bredt bånd fra 3400 til 2500 cm−1
C=O-stræk ved 1712 cm−1 intet bånd kraftigt og skarpt bånd

Når ethanol er omdannet til ethansyre, er der kommet et kraftigt, skarpt C=O-bånd ved 1712 cm−1, og O−H-båndet er blevet meget bredere, så det når helt ned til 2500 cm−1. Hydroxygruppen i ethanol er altså blevet til en carboxylgruppe.

  1. Ethanal, CH3CHO, har en methylgruppe og en aldehydgruppe. De forventede bånd:
Bølgetal i cm−1 Båndets karakter Binding og svingning Funktionel gruppe
2960 til 2850 skarpe spidser C−H-stræk på sp3-carbon methylgruppe
2840 til 2690 middel, ofte to spidser C−H-stræk i −CHO aldehydgruppe
1740 til 1720 kraftigt og skarpt C=O-stræk aldehydgruppe

Ethanal har ingen O−H-binding, så spektret af ethanal har intet bredt bånd mellem 3640 og 2500 cm−1. På det kan spektret af ethanal kendes fra både spektret af ethanol og spektret af ethansyre. Spektret af ethanal har desuden et C=O-bånd, som spektret af ethanol ikke har, og de to spidser ved 2840 til 2690 cm−1 fra C−H i aldehydgruppen, som ingen af de to andre stoffer har.

Opgave A4.6.eks.5: Timian og oregano

Thymol giver timian dens duft, og carvacrol giver oregano dens duft. Begge stoffer dræber bakterier, og thymol bruges i mundskyl. Thymol og carvacrol er isomerer med molekylformlen C10H14O. Figuren viser strukturen af de to stoffer og IR-spektret af thymol.

Figur 11: Thymol og carvacrol og IR-spektret af thymol.
  1. Angiv den funktionelle gruppe i thymol, og angiv stofklassen.
  2. Argumentér for, at IR-spektret passer med strukturen af thymol.
  3. Vurdér, om IR-spektroskopi kan bruges til at skelne mellem thymol og carvacrol.
  4. En elev skriver: “IR-spektret viser, at thymol er en phenol.” Vurdér elevens påstand.

Se på, hvad hydroxygruppen i thymol sidder på. Stofklassen afhænger af, om hydroxygruppen sidder på en benzenring eller på en carbonkæde, som du lærte i afsnit A3.2.

Til spørgsmål b: skriv en tolkningstabel for alle tydelige bånd over 1500 cm−1, og knyt hvert bånd til en bestemt del af strukturen af thymol.

Spektret af thymol har fire slags bånd over 1500 cm−1: et bredt bånd ved 3340 cm−1, to små spidser ved 3060 og 3030 cm−1, kraftige spidser ved 2960 til 2870 cm−1 og et bånd ved 1604 cm−1.

Til spørgsmål c: skriv de bindinger op, som thymol har, og de bindinger, som carvacrol har. Er der en binding, som kun det ene af de to stoffer har? Tænk også på, hvad fingeraftryksområdet kan bruges til.

Til spørgsmål d: slå O−H op i tabellen over IR-bånd i afsnit A4.5, og se, om tabellen skelner mellem alkoholer og phenoler. Du kan begynde sådan: “IR-spektret viser, at thymol har en … og en …, men spektret viser ikke, om …”

  1. Thymol har en hydroxygruppe, −OH, som sidder direkte på benzenringen. Stofklassen er derfor phenol.

  2. Tolkning af IR-spektret af thymol:

Bølgetal i cm−1 Båndets karakter Binding og svingning Funktionel gruppe
3340 kraftigt og bredt O−H-stræk hydroxygruppe
3060 og 3030 middel, to skarpe spidser C−H-stræk på sp2-carbon benzenring
2960 til 2870 kraftige, skarpe spidser C−H-stræk på sp3-carbon carbonkæde
1604 middel og skarpt C=C-stræk i benzenringen benzenring

Der er intet kraftigt, skarpt bånd ved 1750 til 1695 cm−1, så stoffet har ingen carbonylgruppe. En benzenring har også et bånd omkring 1500 cm−1. I spektret ligger det bånd lige på grænsen til fingeraftryksområdet, og det er derfor ikke taget med i tabellen.

Konklusion: Båndet ved 3340 cm−1 passer med hydroxygruppen i thymol. Båndene ved 3060 og 3030 cm−1 passer med de hydrogenatomer, der sidder på benzenringens sp2-hybridiserede carbonatomer, og båndet ved 1604 cm−1 passer med benzenringen. C−H-båndene over 3000 cm−1 viser, at stoffet er umættet. Båndene ved 2960 til 2870 cm−1 passer med hydrogenatomerne på de sp3-hybridiserede carbonatomer i methylgruppen og i sidegruppen med tre carbonatomer. Thymol har ingen C=O-binding, og spektret har intet C=O-bånd. IR-spektret passer altså med strukturen af thymol.

  1. Thymol og carvacrol har de samme grupper: en hydroxygruppe på en benzenring, en methylgruppe og en sidegruppe med tre carbonatomer. Kun gruppernes pladser på ringen er forskellige. De to stoffer har derfor de samme slags bindinger: O−H, C−H på sp2-carbon, C−H på sp3-carbon og C=C i en benzenring. Spektret af carvacrol har altså de samme bånd over 1500 cm−1 som spektret af thymol, og en tolkning af båndene kan ikke skelne mellem de to stoffer.

IR-spektret viser, hvilke bindinger et molekyle har, men ikke hvordan atomerne sidder sammen. De to spektre er dog ikke helt ens i fingeraftryksområdet under 1500 cm−1. Har man et spektrum af rent thymol og et spektrum af rent carvacrol, kan man sammenligne en prøves fingeraftryksområde med dem. Ellers må IR suppleres med en anden metode, fx 1H-NMR.

  1. Elevens påstand går for vidt. IR-spektret viser, at thymol har en hydroxygruppe og en benzenring. Men O−H i alkoholer og O−H i phenoler står i samme række i tabellen over IR-bånd, 3640 til 3160 cm−1, så spektret viser ikke, om hydroxygruppen sidder direkte på benzenringen eller på en carbonkæde ved siden af ringen.

At thymol er en phenol, ses af strukturen. Skal man vise det med et forsøg, kan IR-spektret suppleres med testen med jern(III)chlorid fra afsnit A3.4, som påviser phenoler.