סיכום מפגש ראשון

. תוך מתן דוגמאות ממדעי החיים, מטרת הקורס להקנות יסודות בכימיה אורגנית :הנושאים בהם מתעניין הביוכימאי

.הרכב החומרים הכימיים בגוף החי. א

.יחסי גומלין בין חומרים אלו וכיצד הם נוצרו. ב

ופעולתו כך שהגוף החי שומר על מבנה החומר, תגובות מבוקרות ומווסתותכיצד ה. ג .לאורך זמן

.הקשר בין מבנה החומר לתגובה בה הוא משתתף בגוף החי. ד

ארבע הנקודות קשורות ביניהן והן מקשרות בין המערכות הכימיות שיילמדו

.שך לימודיכםבקורס הזה למערכות ביולוגיות אותן הכרתם או תכירו בהמ

:ספרי הלימוד שילוו אותנו בקורס

. עוסק בשיטות פיסיקליות וספקטרוסקופיות לחקר מבנה-כרך ראשון

.מבנה ופעילות: מימן- דן בתרכובות פחמן - כרך שני

עוסק במנגנוני ריאקציות ובקשר שלהם למבנה המרחבי של - כרך שלישי

.תהמולקולו

חומרים , כמו למשל. עוסק במשפחות הרבות בכימיה האורגנית- כרך רביעי

. חנקן וחמצן-המכילים הטרואטומים

עוסקת בריאקציות חמצון ואפיון תוצרים באמצעות : סדנה- כרך חמישי

. דקה ובניתוח מאמר מדעיכרומטוגרפיה על שכבה

1

כרך ראשון

מולקולריים-כוחות בין

ככל שחוזק . תלויה בעוצמת כוחות המשיכה בין המולקולות שלונוזל הופך לגזהטמפרטורה שבה

קשרי > --דיפול-אינטראקציות דיפול> --כוחות לונדון (כוחות המשיכה הבין מולקולריים עולה

. של התרכובותת הרתיחהטמפרטורכך עולה , )מימן

הנוצרת , משיכה חשמלית בין שתי מולקולות-)ולס לא קוטביים-דר-כוחות ון(כוחות לונדון

. כתוצאה מיצירת מטענים חלקיים זמניים במולקולות קרובות

כלל קוטביות-מולקולות לאשתי שדמהנ, במבט ראשון. קוטביות נמשכות זו לזו-מולקולות לא

ענני האלקטרונים של האטומים , בכל רגע ורגע, למעשהאך , נן יכולות להימשך זו לזואי

להיות מומנט דיפול יכולקוטבית -אפילו למולקולה לא. בצפיפותםוהמולקולות אינם אחידים

עוות את ענן האלקטרונים של מולקולה עשוי למולקולה אחת במומנט דיפול רגעי . רגעי, חולף

ענן , רגע לאחר מכן. שני הדיפולים מושכים זה את זה: מומנט דיפולבהגם חולל לשכנה ו

אך מומנט , מומנט דיפול בכיוון אחרוצר של המולקולה הראשונה יהמתעוותהאלקטרונים

נשארתן ניהוהמשיכה בי, אחרתמומנט דיפול במולקולה האף הוא הדיפול החדש הזה משרה

אך הם משפיעים על מומנטי , הרףאבלכיוון יםמשנות הדיפול של מולקולימומנט, כלומר. בעינה

. משיכה נטולפיכך קיימת ביניהן ו, הדיפול של מולקולות סמוכות ואף מושפעים מהם

פועלת אינטראקציה זו . )או כוחות לונדון (אינטראקציית משיכה זו נקראת אינטראקציית לונדון

.קוטביות-בין מולקולות לא הפועלתוהיא האינטראקציה היחידה , סמוכותבין מולקולות

קלות כלומר במידת ה, חוזקה של אינטראקציית לונדון תלוי בכושר ההתקטבות של המולקולות

ת שליט,במולקולות בעלות כושר התקטבות גבוה. שבה ענן האלקטרונים שלהן ניתן לעיוות

מולקולה באזורים שונים של ה צפיפות האלקטרונים , היא חלשהבאלקטרונים שסביבםהגרעינים

חוזק האינטראקציה . מומנטי דיפול רגעיים גדוליםה ולכן יש למולקול,משתנה מאוד מרגע לרגע

ובעלתמכיוון שמולקולה גדולה . ותמעורבעולה עם כושר ההתקטבות של המולקולות ה

, מועטים אלקטרוניםבעלת קלה יותר לקיטוב ממולקולה קטנה רבים היאאלקטרונים

. מולקולה קטנה לאלה שחזקות יותר מאשר יהיו מולקולה גדולה של אינטראקציות לונדון

ככל שהמולקולות ארוכות יותר ופחות . כוחות לונדון תלוי גם בצורת המולקולותם שלחוזק

המטענים , מסועפות שטח המגע ביניהן גדול יותר וכאשר מולקולות שזו צורתן סמוכות זו לזו

במולקולות כדוריות , לעומת זאת. אינטראקציה חזקהשלהן יכולים לקיים החלקיים הרגעיים

, שטח הפנים שלהן קטן יותר ולכן רק קטעים קטנים יחסית בשתי המולקולות באים במגעיותר

מאחר שחוזק האינטראקציה .הם לפיכך מרוחקים יותר זה מזההמטענים החלקיים הרגעיים ו

שרשרתיות לא מסועפות מולקולות האינטראקציות בין, בין המולקולותמרחק מושפע מאוד מן ה

.אלקטרוניםזהה של מספר בעלות בין מולקולות כדוריות האינטראקציותחזקות יותר מ

הנוצרת , משיכה חשמלית בין שתי מולקולות-)ולס קוטביים-דר-כוחות ון( דיפול-כוחות דיפול

. כתוצאה מקיום מטענים חלקיים קבועים במולקולות קרובות

2

אינטראקציה בין נובעת מלקולות קוטביות המשיכה בין מו

המולקולות כאשר ). דיפול-אינטרקצית דיפול (המטענים החלקיים של הדיפולים החשמליים שלהן

אינטראקציה חזקה נצפה למצוא , מומנטי דיפול שוניםאך בעלות , של שני חומרים דומות מאוד

כי התרכובת , אנו משעריםלפיכך. יותר בין המולקולות בעלות מומנט הדיפול הגדול יותר

. נקודת רתיחה גבוהה יותרהקוטבית יותר מבין השתיים היא בעלת

מקורה , נקודות הרתיחה הגבוהות של חומרים אלה ואחרים האחראית להאינטראקציה החזקה

שבה אטום מימן נמצא בין שני אטומים קטנים ,מולקולרית חזקה-משיכה בין - בקשרי מימן

ותמולקולאחת ה. F- וN ,Oבייחוד , קושרים-אלקטרונים לאת חזקה וזוגות בעלי אלקטרושליליו

F או O ,N אטום כוללתוהאחרת , H- את אטום התספקהמ H-F או O-H ,N-H קבוצת כוללת .קושר-לאבעל זוג אלקטרונים

קרבה מה קורה כאשר מולקולת מים אחת שווה בנפשנונ, קשר מימןנוצר כיצדכדי להבין

אלקטרוניאתזקה וחב ושך האלקטרושלילי מO-אטום ה. הוא קוטביO-Hכל קשר . לאחרת

על המטען (הוא , כך-מכיוון שאטום המימן קטן כל. בלא מיסוךוהפרוטון נותר כמעט , קשרה

של מולקולת O- של אטום הקושרים-לאיכול להתקרב מאוד לאחד הזוגות ה) חיובי החלקי שלוה

ויוצרים קשר ,מושכים זה את זה בחוזקההחלקי והמטען החיובי קושר-לאהזוג ה. מים אחרת

שהוא גובר על כל – מחוזקו של קשר קוולנטי טיפוסי 10%- כ–קשר מימן הוא כה חזק . מימן

. מולקולריות-ביןהאינטראקציות ההסוגים של שאר

:דוגמאות

כוחות לונדון מתחזקים ככל - C3H8 ונמוכה משל CH4 נקודת רתיחה גבוהה משל C2H6 -ל .א

. ענן אלקטרוני גדול יותר-שהמסה המולרית של החומר גדלה

.דיפול חזקים מכוחות לונדון- כוחות דיפול - Br2 נקודת רתיחה גבוהה משל ICl -ל .ב

- קשרי מימן חזקים מקשרי דיפול- CH3OCH3 נקודת רתיחה גבוהה משל C2H5OH -ל .ג

.דיפול למולקולה ליניארית שטח פנים -4C(CH3) נקודת רתיחה גבוהה משל CH3CH2CH2CH3 -ל

.כן כוחות לונדון חזקים יותרלגדול יותר ו

: מולקולות הממס והמומס של חומרים תלויה באופי הכוחות הבין מולקולריים שביןמסיסות

3

חומרים בעלי כוחות ון דר ואלס מתמוססים בממסים שבין המולקולות שלהם קיימים כוחות

חומרים בעלי קשרי מימן מתמוססים בממסים שבין המולקולות שלהם קיימים קשרים , דומים

. דומים

, וססכאשר מומס מתמ. כוחות המשיכה בין מולקולות המומס למולקולות הממסנבחן את

מומסה בכוחות הפועלים בין מולקולות יםמומס מתחלפהכוחות הפועלים בין מולקולות ה

דורשת כמות יצירת התמיסה, קודמיהם אם כוחות המשיכה החדשים דומים ל.ממסלמולקולות ה

, העיקריים במומס הם קשרי מימןהמשיכהכאשר כוחות , לדוגמה. קטנה בלבד של אנרגיה

המולקולות . בממס שיש בו קשרי מימן מאשר בממסים אחריםבה יותר המומס יתמוסס בקלות ר

בין מולקולות בקשרי מימן יתחלפומומסבין מולקולות הלתמיסה רק אם קשרי המימן עברו י

והוא , יוצרות קשרי מימןה OH–יש קבוצות , למשל, CH3OH, למתאנול. ממס למולקולות מומס

.C6H14, אך לא בהקסאן,מתמוסס בקלות במים

הממס אזי , בין מולקולות המומס הם כוחות לונדוןהפועלים העיקריים המשיכהאם כוחות

-ממס טוב לחומרים לא, לדוגמה. לונדון ותכוחהוא ממס שפועלים בו ביותר מתאים להן ה

טוב , CH4כדוגמת ,אלקאניםחומר זה ממס . CS2, גפרי-קוטבי פחמן דו-קוטביים הוא הנוזל הלא

מולקולות . האחוזות יחד בכוחות לונדוןום שאלקאנים מורכבים ממולקולות מש, הרבה ממיםב

הקשורות זו לזו , המיםולקולותמהמבנה המסודר של לתוך אינן יכולות לחדור האלקאנים

חוזק עלות אינן יכולות להחליף את הקשרים האלה באינטראקציות בש ווןכי, בקשרי מימן חזקים

.דומה

:דוגמאות

אך אינו מתמוסס במים , )כוחות לונדון (CCl4 - מתמוסס בCH3CH2CH2CH3אלקאן כדוגמת .א

).מימןקשרי (

.CCl4 - אינו מתמוסס במים אך מתמוסס ב CH3CH2OCH2CH3אתר כדוגמת .ב

. כוחות לונדון וקשרי מימן- CCl4 - מתמוסס הן במים והן ב C2H5OHכוהל כדוגמת .ג

.גדול יחסית) C5H11(הידרופובי שלו אינו מתמוסס במים מאחר והשייר הC5H11OH .ד

CH3OCH3 מתמוסס ב - CCl4 ולס בין המולקולות של שני החומרים-דר- בגלל קיום קשרי ון .

הוא מתמוסס גם במים מאחר והחמצן האתרי יכול ליצור קשרי מימן עם אטומי המימן

פוביים שלו הינם נקודה נוספת שיש להדגיש היא שהשיירים ההידרו. שבמולקולות המים

. קטנים יחסית ומאפשרים למולקולות של החומר להשתלב בין מולקולות המים

:תרגילים

למי תהיה נקודת הרתיחה הגבוהה ביותר ולמי תהיה נוציי, בכל אחת מהסדרות שלהלן .1

.ונמק .נקודת הרתיחה הנמוכה ביותר

CH3CH2CH2CH2OH, CH3CH2CH2CH2F, CH3CH2COOH .א

CH3CH2CH2CH2COOH, CH3CH(COOH)CH2CH3, (CH3)3CCOOH .ב

4

:תשובה

מולקולריים רבים -מימן בין קשרי -הסיבה . CH3CH2COOH -נקודת הרתיחה הגבוהה ביותר ל .א

-הסיבה . CH3CH2CH2CH2F -נקודת הרתיחה הנמוכה ביותר ל . ובעלי עוצמה חזקה יחסיתיחסית

-נקודת הרתיחה בעלת ערך ביניים ל ). דיפול-ונדון וכוחות דיפולכוחות ל(ולס בלבד -דר-קשרי ון

CH3CH2CH2CH2OH . קשרי מימן בעלי עוצמה נמוכה יחסית-הסיבה .

לכל המולקולות קשרי מימן -הסיבה . CH3CH2CH2CH2COOH -נקודת הרתיחה הגבוהה ביותר ל .ב

שרשרת לא ( שטח פניה גדול - ולס חזקים יחסית-דר-אך לחומצה זו קשרי ון, הדומים בעוצמתם

הסתעפות -הסיבה . CH3CH(COOH)CH2CH3 -נקודת הרתיחה בעלת ערך הביניים ל ). מסועפת

-נקודת הרתיחה הנמוכה ביותר ל . ולס-דר-אחת בלבד בשרשרת הגורמת להחלשת קשרי ון

(CH3)3CCOOH .שטח פניה הנמוך ביותר מאחר והמולקולה בעלת הסיעוף הרב ביותר.

שיטות הפרדה

.הפרדה בין תרכובות נוזליות בעלות הבדלים משמעותיים בנקודות הרתיחה - זיקוק

)זיקוקלהדגמת הזיקוק לחץ על (

. מתרחש תהליך זיקוק, כשמחממים נוזל בכלי ומאפשרים לאדיו להתעבות בכלי קיבול אחר

האדים . רותח ומתאדהעד שהוא ) אביק(הנוזל מחומם בכלי קיבול ?מה מתרחש בתהליך הזיקוק

שאותו , התזקיק– בחזרה לנוזל םובו הם מקוררים והופכי, (condenser)עוברים דרך מעבה

זיקוק . מוצגת מערכת זיקוק פשוטההבאבאיור . (receiver flask)אוספים בכלי לאיסוף התזקיק

.נדיפיםפשוט משמש בדרך כלל להפרדת החומר המבוקש ממרכיבים משניים או ממרכיבים בלתי

5

, הפרדה המבוססת על העובדה שחומר מסוים מסיס במידה שונה בשני ממיסים שונים- מיצוי

.שאינם מסיסים זה בזה

ניקיונות או מתוך תערובת חומרים -תהליך המיצוי הנו עתיק יומין ומשמש לבידוד חומר רצוי מאי

הפעולה . יום-היום פעולה זו משתמשים אף בחייב. ומבוסס על עיקרון של חלוקה בין פאזות

, לריח ולצבע, האחראיים לטעם, הפשוטה של הכנת תה או קפה כוללת מיצוי של מרכיבים שונים

.מעלי תה או מקפה טחון באמצעות חליטתם במים חמים

טכניקת המיצוי מבוססת על הוצאה סלקטיבית של חומר כימי אחד או יותר משכבה אחת

: ממסים נפוצים שמשתמשים בהם למיצוי הם. כלל מנוזל או ממוצק לנוזל אחר-בדרך, לאחרת

, )CH3COCH3(אצטון , )CHCl3(כלורופורם , )CH2Cl2(מתילן כלורי , )CH3CH2OCH2CH3(אתר

.כהלים שונים ומים

) ממסים אשר אינם מגיבים עם מומסים(מסיסות התרכובות האורגניות בממסים אינרטיים

אפשר לחזות את המסיסות בממסים . תלויה במבנה המולקולרי של החומריםובממסים פעילים

:אינרטיים לפי כללי המסיסות הניסיוניים האלה

אסטרים , כהלים קצרים מתמוססים במים. חומרים מתמוססים בחומרים דומים להם .א

.מסיסים בכהלים ובאתרים וכן הלאה

.וב מאשר תרכובת שרשרתיתתרכובת מסועפת מסיסה בממס נתון יותר ט .ב

.השרשרות הארוכות דומות לאלקאנים מבחינת התכונות הפיסיקליות, בסדרות הומולוגיות .ג

כלל בקושי בממסים -מסיסות בדרך) כמו פולימרים(תרכובות בעלות מסה מולרית גבוהה .ד

.אינרטיים

יותר בממסים אינרטיים כלל מסיסים - נמוכה בדרךהתכהנוזלים ומוצקים בעלי טמפרטורת .ה

.מאשר מוצקים הניתכים בטמפרטורות גבוהות

. הפרדת מוצק מתערובת על ידי הפיכתו למוצק בצורה טהורה- גיבוש

התכונה העיקרית .מוצקיםגיבוש מחדש מממס או מתערובת ממסים הוא טכניקת ניקוי של

, גבוהה בטמפרטורה גבוהה תהיה המתגבש ממנושמסיסות החומר הנדרשת מממס הגיבוש היא

. נמוכהונמוכה בטמפרטורה

:תהליך הגיבוש מחדש כולל מספר שלבים

. כך שתיווצר תמיסה רוויה, החומר הגולמי בכמות קטנה של הממס החםהמסת. 1

. התמיסה החמה דרך נייר סינון מקופל על משפך חםסינון. 2

ככל . מס שוקע בצורת אבקה או גבישים עודף המובמצב זה. לרוויההכתיהפוהתמיסה קירור . 3

שהמזהמים המופיעים , סביר להניח. לקבל גבישים גדולים יותרניתן, שקצב הקירור איטי יותר

, מופיעים גבישיםלא, למרות הקירור, אם. ולא ישקעו, בתמיסהיישארו, בכמות קטנה יחסית

ידי גרוד החלק -ל החומר המבוקש הנקי או על הוספת גביש קטן שי" גיבוש עמוקדיניתן ליצור

. של כלי הגיבוש במקל זכוכיתהפנימי

.התערובת סינון .4

.ייבוש בתנור. 5

על פני תווך סופח , שיטת הפרדה המבוססת על קצב נדידה שונה של חומרים-כרומטוגרפיה

).כרומטוגרפיהלהדגמת הכרומטוגרפיה לחץ על ( .כלשהו

בעוד שבמיצוי נקבעת .פאזות החומר המבוקש בין שתי חלוקתעל , כמו מיצוי, זו מתבססתשיטה

6

שטח ה לפני ספיחהבדי שוני י-לבכרומטוגרפיה היא נקבעת ע, מסיסותב די הבדליםי-ל עהחלוקה

קציה בין מרכיבי התערובת לבין אאינטרמתקיימת רומטוגרפיה במהלך הכ.מוצקההפאזה השל

ספחו במידה שונה יי, שונותתכונותחומרים בעלי ,כתוצאה מכך .הנייחת והניידת: פאזותהשתי

, הסטאציונרית( הפאזה הסופחת ביןולכן יתחלקו במידה שונה , מספחהחומר השטח של הלפני

.לפאזה הנעה) הנייחת

י " הוא תהליך של שיווי משקל שמופר כל הזמן עהנייחתזה א בתוך הפהחלוקה של המרכיבים

של יותר כך אחוז גבוה , זה הנייחת חזק יותראי הפ"מרכיב מוחזק עהככל ש. הניידתפאזהה

.זה הנייחת מהר יותראהמולקולות שמוחזקות פחות חזק ינועו דרך הפ. מולקולות שלו לא ינועו

הניידת פאזהי שוני באופי של ה"וגרפיה מאופיינים עהסוגים השונים של טכניקות הכרומט

.והנייחת

.)קולונות(עמודות כרומטוגרפיה על גבי . א

.חילוף יונים. ב

.כרומטוגרפיה ברובד דק TLC - (Thin Layer Chromatography). ג

GC - (Gas. ה. כרומטוגרפיה בלחץ גבוהHPLC - (High Performance Liquid Chromatography). ד

Chromatography)כרומטוגרפיה גזית .

זה אפהנוזלית לבין הזה אפהי אינטראקציה בין "ארבע הטכניקות הראשונות מאופיינות ע

זה אפהניידת לבין הגזית הזה הפאי אינטראקציה בין "הטכניקה האחרונה מאופיינת ע. המוצקה

.נייחתהנוזלית ה

על עמודהכרומטוגרפיה

לרוב סיליקה , גרגרי חומר כללבדרך ( הנייחת היא מוצקפאזהה, תעמודובכרומטוגרפיה על

,SiO2, או אלומינה ,Al2O3, מפריד את מרכיבי הנוזל המוצק .) רטיבות ובסיסיות שונותבדרגות

ככל , קוטבית היאהיות והפאזה הנייחת .י סיפוח סלקטיבי על גבי שטחו"העוברים דרכו ע

אופי האינטראקציות . יספח חזק יותרי הוא כך,ר יותקוטבי המועלה על העמודה שהחומר

לצורך הפרדה יעילה יש צורך בקצב .מולקולריים השונים-ןהגורמות לסיפוח הם הקשרים הבי

.זה הנייחתאזה הניידת על גבי הפאתנועה איטי של הפ

של מחליף יונים כרומטוגרפיה

נוזל שבו כוחות הסיפוח - מוצקכרומטוגרפיה של מחליף יונים היא כרומטוגרפיה מיוחדת מטיפוס

.הם יוניים חזקים

TLC -כרומטוגרפיה ברובד דק )Thin Layer Chromatography(

בניגוד לכרומטוגרפיה . קיונםילזיהוי חומרים ובדיקת נ, זוהי שיטה המותאמת להפרדה איכותית

.ההנוזל נע כלפי מעלה ונושא אתו מרכיבים שונים של התערובת בקצב שונ, על עמודה

פלסטיק או זכוכית מצופות בשכבת , את הבדיקה מבצעים על פלטות עשויות מאלומיניום

לאחר .)הפאזה הנייחת דומה לזו המשמשת לכרומטוגרפיה בעמודה( ל'אלומינה או סיליקה ג

תגובה עם , הרצת הפאזה הנייחת אפשר לזהות את מרכיביה השונים של התערובת על פי צבע

.סגול-יעה שונה באור אולטרהריאגנטים שונים או בל

הפאזה .הפאזה הניידת בה נשתמש בניסוי זה הינה בדרך כלל ממס אורגני או תערובת של ממסים

ובדרכה מפרידה )נימית (רמה כלפי מעלה בתנועה קפילריתגהניידת נעה על גבי משטח הכרומטו

.את התערובת למרכיביה

7

ואת המרחק שעברה תרכובת למרחק שעבר קביעת זהות המרכיבים השונים נעשית על ידי השו

.הממס

HPLC - )High Performance Liquid Chromatography( כרומטוגרפיה בלחץ גבוה.

צפופים , )שטח פנים גדול יותר( קטנים יותר העמודה החלקיקים המוצקים הבונים את HPLC -ב

חלקיקים יוצרת התנגדות הצפיפות של ה .זות מושג מהר יותראמשקל בין שתי הפהיותר ושיווי

הנייחת הן מהסוגים פאזההאינטראקציות עם ה .זה הניידת ויש צורך להחדירה בלחץאלזרם הפ

:הבאים

ספיחה. א

חלוקה. ב

חילוף יונים. ג

הוצאה לפי גודל . ד

לא שזה ניידת נוזלית המאפשר אנליזה של חומרים יוניים אשימוש בפה הוא HPLCהיתרונות של

).ההפרדה מתבצעת בטמפרטורת החדר(ת ייציבים תרמ

כרומטוגרפיית גזים

אשר נספחה על , הנוזלית הנייחתפאזה הגזית לבין הפאזהמבוססת על חלוקה של חומרים בין ה

כך , הפאזה הנייחת מורכבת מחומר אינרטי מוצק כתוש לגרגרים זעירים .הזה מוצקאשכבה של פ

מכסה את הגרגרים ) והמסה(בעל כושר ספיחה ) יףבלתי נד(חומר נוזלי . מאד ששטח פניו גדול

הפאזה הנוזלית . מצעהנוזל הוא הפאזה הנייחת והגרגרים המוצקים משמשים לו . הזעירים

, הגז הנושא (הפאזה הניידת .הסלילית ועליה מתרחשת ההפרדה (column)ממלאת את העמודה

carrier gas (הליום או חנקן,היא גז אינרטי .

מקום ההזרקה . העמודה בדרכו של הגז הנושאתוך מזריקים למיועדת להפרדההאת התערובת

(injector port) מחומם באופן מווסת והתערובת הופכת עקב החימום לאדים הנסחפים עם הגז

.הזורם

כך שבסיכומו של התהליך , בקולונה קיימים תהליכי חלוקה של מרכיבי המערכת בין שתי הפאזות

. בת השונים דרך הקולונה במהירויות שונות ומגיעים בנפרד לגלאיעוברים מרכיבי התערו

מאפשרת זיהוי איכותי וכמותי של ו, כרומטוגרמה-האינפורמציה המתקבלת מהגלאי נרשמת

.כרומטוגרפיית גזים משמשת בעיקר לזיהוי .מרכיבי התערובת

8

.כובות אורגניות טכניקה המשמשת לאיפיון מסה מולרית של תר-) MS(ספקטרומטריית מסות

. היא אינה ספקטרוסקופיה כי לא נבלעת בה קרינה

ספקטרומטרית מסות מאפשרת לנו לקבוע את המסה והנוסחה המולקולריות של תרכובת וכמו

ספקטרומטרית מסות מבוססת על יוניזציה ופיצוח של . כן מאפיינים מבניים שונים שלה

. בהימצאותן בריק גבוה בעלי אנרגיה גבוהה,יםמולקולות אורגניות כתוצאה מהפגזתן באלקטרונ

המתקבל כתוצאה ) מזווג ומטען חיובי-צורון בעל אלקטרון לא(רדיקל -יון מולקולרי הוא קטיון

. מהוצאת אלקטרון ממולקולת החומר

M M+ + e-

רבים מהיונים המולקולריים חלק מהקשרים במולקולה נחלשים ו, ילוק האלקטרוןכתוצאה מס

הקשרים הנוטים . רדיקלים נוספים-מולקולות ניטרליות וקטיון, רדיקלים, מתפרקים לקטיונים

הקשרים החלשים ביותר ואלו ששבירתם מובילה הנםלהישבר במהלך פירוק היון המולקולרי

כל הפרגמנטים החיוביים מואצים על ידי שדה חשמלי לתחום . לקבלת התוצרים היציבים ביותר

כאשר מטען החלקיקים הוא , (m/z)ששורר בו שדה מגנטי חזק ומופרדים לפי יחס מסה למטען

על . בשדה המגנטי היונים נעים במסלולים השונים ברדיוסיהם בהתאם למסת היונים+. 1כ "בד

ניתן להביא לכך שרק יונים בעלי ערכי , המגנטיידי ויסות של המתח המאיץ או של עצמת השדה

הפרגמנטים הניטרליים אינם מואצים באותה דרך . מסה נבחרים יוכלו לעבור דרך סדק אל הגלאי

הינו תרשים של שכיחות , רוםקטמס ספ, הספקטרום המתקבל. והם נשאבים מחוץ לספקטרומטר

. שלוm/zיחסית באחוזים של כל פרגמנט קטיוני כתלות בערך

פרגמנטציה

יון הוא של ה, הגבוה ביותרm/zערכו של . מתייחס למסה המולקולרית של הפרגמנטm/z ערכו של

m/zהאותות בעלי ערכי . לקולרית של התרכובתנותן לנו את המסה המווהוא , M, המולקולרי

בספקטרום המסות עוצמתו של כל . שוניםנמוכים יותר שייכים לפרגמנטים בעלי המטען החיובי ה

השכיחות . אות תלויה ביציבותו של הפרגמנט המתאים ובהסתברות התהליך שהביא להיווצרותו

-היחסית של האותות נרשמת בהשוואה לאות הגדול ביותר שקרוי אות בסיסי ועוצמתו מוגדרת כ

. ם חיובית של המולקולה קטנים יותר מייצגים פרגמנטים טעוניm/zאותות בעלי ערכי . 100%

המולקולרי שייכים ליון מולקולרי בו לפחות אחד האות גבוה משל m/z ערךבעלי האותות

למרות שליונים המולקולריים של , לדוגמא. האטומים הינו איזוטופ שכיח של יסוד מסויםמ

. m/z=73בכל אחד מהספקטרא של חומרים אלו ישנו אות , m/z=72מתיל בוטאן -2פנטאן ושל

אות זה קיים . מאחר שהוא כבד ביחידת מסה אחת יותר מהיון המולקולריM+1אות זה קרוי

12C - 98.89%: בשל קיומם של שני איזוטופים טבעיים של פחמן

ניתן לחשב את מספר אטומי הפחמן במולקולה מתוך היחס בין עוצמת האותות. 1.11%13C -ו

.M + 1 - ולM -המתאימים ל

nC –יש לעגל אותו כלפי מטה(ר המירבי של אטומי פחמן במולקולה המספ.(

nC = 100 x (M+1)גובה(M) / גובה

1.1

9

עוצמה. וב עוצמתו של אות זה מאוד נמוכהלר. 18O יכולה להעיד על נוכחות M+2נוכחות האות

כאשר . מעידה על נוכחות אטום ברום או כלור במולקולהM + 2 -גבוהה של האות המתאים ל

עוצמתו של אות זה הינה שליש מעוצמת היון המולקולרי הרי שבמולקולה נוכח אטום כלור ואילו

. ם אטום ברוםכאשר עוצמתו זהה לזה של היון המולקולרי הרי שבמולקולה קיי

להעריך מראש את הכמות היחסית של כל אחד מהצורונים המתקבלים תוך ידיעת אפוא ניתן

: למשל. שכיחותם של האיזוטופים בטבע12C : 13C = 100 : 1.11

35Cl : 37Cl = 100 : 32.5 = 3 : 1 79Br : 81Br = 100 : 98 = 1 : 1

32S : 34S = 100 : 4.22

.ת על ספקטרוסקופיהשאר השיטות מבוססו

ספקטרוסקופיה

.רקציה של חומר עם קרינה אלקטרומגנטיתאמחקר של תוצאות האינט

. נוצרת על ידי תנועה של חלקיק טעון-קרינה אלקטרומגנטית

. ועד לגלי רדיוXתחום הספקטרום של הקרינה האלקטרומגנטית הוא רחב ומשתרע מקרני

.שפעתו על החומר שונהלכל תחום אנרגיה ותדירות שונה ולכן ה

מערבים עירור של אלקטרונים מהמצב היסודי שלהם לרמות והנראהUVספקטרוסקופיית

. אנרגתיות גבוהות יותר

מספקת לנו מידע על מבנה התרכובות , סגול והאור הנראה-ספקטרוסקופיה בתחום האור העל

נרגיה המתאימה לערור של אצורה אUVבאור נראה ובקרינת . בעלות קשרים כפולים מצומדים

סגולה אנרגיה -לקרינה על. בעל אנרגיה גבוהה יותר, אלקטרונים מאורביטל אחד לאורביטל אחר

ככל שאורך הגל קצר . (nm 400-780) מזו של קרינת האור הנראה (nm 180-400)גבוהה יותר

של האור הנראה סגולה ובזו-האנרגיות האגורות בקרינה העל. לקרינה אנרגיה גבוהה יותר, יותר

. *π→π - ו *n→π גורמות למעברים אלקטרוניים מסוג

10

ככל שהמערכת המצומדת מכילה מספר רב יותר -השפעת הצימוד על אורך הגל של האור הנבלע

, האנרגיה הדרושה למעבר אלקטרונים נמוכה יותר ואורך הגל המקסימלי, של קשרים כפולים

λmax,לדוגמא. ארוך יותר, בו מתרחש המעבר,

רור יגל של הבליעה יותר ארוך והעהכך אורך , ככל שיש יותר קשרים כפולים מצומדים

ככל שאורך . אורך הגל נמצא ביחס הפוך לאנרגיה- זכרו .האלקטרוני דורש אנרגיה נמוכה יותר

. האנרגיה נמוכה יותר, הגל ארוך יותר

λmax = 171 nm אתילן

= nm λmax 217 בוטאדיאן

קשר משולש אחד או יותר , שיטה זו שימושית עבור מולקולות בעלות קשר כפול אחד ויותר

.ובמיוחד שימושי למולקולות בעלות מערכת מצומדת

:פר סוגי מעבריםקיימים מס

).בליעה של החמצן שבאוויר (200nm -מתחת ל •

.ניצבים זה לזה, אסורי גיאומטריה) חלשים (*n → π מעברי - 200nmבליעה חלשה מעל •

).חלשים (*n →σ מעברי - 200nmבליעה חלשה מעל •

).מותרי גיאומטריה(בטבעות בנזניות *π →π מעברי200nmבליעה מעל •

, ככל שלחומר מספר רב יותר קשרים כפולים מצומדים. 180nm -שר כפול יחיד בליעה של ק

צבע -אור נראה (497nm -קרוטן בולע ב -βלמשל . בולע באור הנראה-החומר יותר צבעוני

).כתום

:תרגילים

?200-400nmבתחום UV איזו מהתרכובות הבאות לא תבלע קרינת .2

CH3CH2OH. א

.ב

CH2CH3

11

.ג

N

H

.ד

O

CH2=CHCH2CH2CH=CH2. ה

:תשובה

.ה-ו , ג ,א

IRספקטרוסקופיית

.שונות השייכות לאותה רמה אלקטרונית) תנודתיות(מערבת מעברים בין רמות ויברציוניות

בין האור הנראה לבין טרומגנטי האלקיחסת לחלק של הספקטרום י מתIRספקטרוסקופית

.התחום של גלי מיקרו

זהו תחום .IR -תחום ה, cm-1 4000לבין cm-1 400לכימאי האורגני התחום השימושי הוא בין

. של הקשרים במולקולות)תנודתית (חס לתנועה ויברציוניתיהאנרגיות שמתי

כגוןהקיימות במולקולה מידע על קבוצות פונקציונליות שונות מספקת IRספקטרוסקופית

מימן או ה, פחמןה מידע על מספר אטומי תא מספקיהיש לציין שאין אך, OH ,O=C ,C=Cנוכחות

. אטומים אחרים במולקולה

ניתן לדמותן למערכת המורכבת מכדורים . המולקולות אינן מהוות מערכות קשיחות של אטומים

הכדורים מייצגים את . בעלי חוזק שונהבעלי מסות שונות הקשורים זה לזה באמצעות קפיצים

.האטומים נמצאים בתנועה מתמדת. האטומים והקפיצים את הקשרים השונים שביניהם

:קיימים שני סוגי תנועה ויברציונית במולקולות

.אטומי מתקצר או מתארךן שמרחק הבי, תנועה לאורך הקשר כך-מתיחה .א

של קבוצת אטומים ביחס לשאר וית הקשר או תנועהו תנועה המשנה את ז- כיפוף .ב

.פיתול או עיוות המולקולה כמו

12

מיקומו של פס הבליעה או פס ההעברה מצוין על ידי אורך הגל שלו ביחידות של מיקרון או

.cm-1מספר הגל הוא הערך ההופכי של אורך הגל ויחידותיו הן . באמצעות מספר הגל

= ר הגל מספ1

λ

: אך מנקודת מבט שונה, מונחים המתייחסים לאורך הגל, מספר גל ותדירות הם

. סנטימטר1-מספר גל הוא מספר גלים ל

.תדירות הוא מספר גלים לשנייה

אין הוא מספק . נותן מידע על קבוצות פונקציונליות שונות הקיימות במולקולהIRספקטרום

. על מספר אטומי פחמן או מימן או אטומים אחרים במולקולהמידע

:זיהוי קבוצה פונקציונלית

על פס הבליעה להימצא בספקטרומים של כל המולקולות , על מנת לזהות קבוצה מסוימת

.המכילות קבוצה זו ועליו להעדר מהספקטרומים של מולקולות שאינן מכילות קבוצה זו

את אפשרות , לקבוצה כלשהי מבטל כמעט לחלוטין בוודאותהעדר פס בליעה בתחום אופייני

.קיום קבוצה זו בתרכובת הנבדקת

.עדות מסייעת לקיום הקבוצהרק מהווה , קיום פס בליעה בתחום אופייני לקבוצה כלשהי

: לתחומים IR-חלוקה ספקטרום ה

. H-X וקשרי מתיחות של קשרים כפולים ומשולשים : 3800-1400cm-1 -תחום תדירויות גבוה •

.אין חפיפות בין הבליעות

. ועודO-N ,Cl-C ,C-Sמתיחות של : 1000-600cm-1 -תחום תדירויות נמוך •

13

ויברציות המצומדות למתיחת קשרים בודדים : 1400-1000cm-1 -תחום תדירויות בינוני •

.של המולקולה" טביעת האצבעות"אזור : X-Hוכיפוף קשרי

כ בתחום התדירויות "ענוח ספקטרא של תרכובות שונות נתמקד בדכאשר נעסוק בקורס זה בפ

קבוצות , בבליעות אופייניות של קבוצות קרבוניליות) אך לא רק(נעסוק בעיקר . הגבוה

כדאי לשים לב גם לבליעות של קבוצות אמיניות וטבעות . סיליות וקבוצות אתריותקהידרו

.ארומטיות

:IRאתרים העוסקים בספקטרוסקופיית

htm.IR/spec/ocol/1web/edu.uic.chem.chipo://http

html.index/~webspectra/edu.ucla.chem.www://http

ג"ספקטרום תמ

קציה של ספינים של גרעיני אטומים עם אהיא תוצאה של אינטר) ג"תמ( NMRספקטרוסקופית

. שדה מגנטי חיצוני

. ט מגנטינג מנצלת את העובדה שלגרעינים רבים יש איזוטופים שלגרעיניהם יש מומ''שיטת התמ

אבל כשמכניסים את , הגרעינים מסודרים באופן אקראי, כשלא מופעל שדה מגנטי חיצוני

נגד השדה כ או במקבילהגרעינים מסתובבים ומסתדרים , מגנטי חיצוניהגרעינים לתוך שדה

נמצא במצב נמוך ,α המגנטי החיצוני המכונה מצב ספין שדהל במקבילגרעין שהסתדר . החיצוני

נמצא ,β המגנטי החיצוני המכונה מצב ספין נגד השדהכיותר מבחינה אנרגטית וגרעין שהסתדר

. כלומר יש הפרש אנרגיה בין שני המצבים-ית במצב גבוה יותר מבחינה אנרגט

המעבר האנרגטי ממצב אחד כלומר , בערך מסוים של השדה המגנטי מתקיימים תנאי תהודה

למשנהו מתרחש באורך גל המתאים לתדרי רדיו וכאשר הספין חוזר לרמת הבסיס שלו נפלטת

טות שונות ומעובד כך שבסופו המתאים למעבר זה נמדד בשי(signal)האות . אנרגיה באותו התדר

ג מזהה ומציג אותות " מכשיר תמ.המתאים לגרעין זה) ג"תמ( NMR של דבר מתקבל ספקטרום

. NMR תרשים זה קרוי ספקטרום-אלו כתרשים של תדירות הבליעה כתלות בעוצמה

14

1H-NMR 13 - זהו ספקטרום של פרוטונים וC-NMRזהו ספקטרום של פחמנים .

כולל , זו מספקת מידע על היערכות ומספרם של אטומים שונים במולקולהספטרוסקופיה

מבנה מרחבי , באמצעותה ניתן לזהות קבוצות פונקציונליות. אך לא רק הם בלבד, מימנים

.ותכונות דינמיות של מולקולות

מיסוך-מיסוך ואל

.מיהיסט כיההבדל במיקום הבליעה של פרוטון מסוים יחסית לפרוטון רפרנס נקרא

ההיסט הכימי של אות הינו גודל שערכו קבוע ואינו תלוי כלל בתדירות או בשדה המגנטי

. תכונה חשובה לצורך השוואת ספקטרא-הייחודיים לספקטרומטר

אם כל אטומי המימן בתרכובת ממוקמים . ההיסט הכימי של גרעין המימן תלוי בסביבתו הכימית

נמצא כי לגרעיני אותם אטומים . ד בספקטרוםמתקבל אות אחד בלב, בסביבה כימית זהה

כל תחום של היסט כימי אופייני . המצויים בסביבות כימיות דומות יש היסטים כימיים דומים

האלקטרונים . פרוטון תלוי בסביבתו הכימית" מרגיש"השדה המגנטי ש. לסביבה כימית מסוימת

ככל שהמיסוך . בפני הגרעיןבסביבתו של הגרעין בתוך המולקולה ממסכים את השדה המגנטי

קיימים . גדול יותר יש להגדיל את חוזק השדה המגנטי החיצוני על מנת להגיע לתנאי תהודה

צפיפות האלקטרונים שבסביבתו קטנה ואז יש להקטין את ,מיסוך-מקרים בהם הגרעין עובר אל

טרונים בשכנות לקבוצות דוחפות אלק. מנת להגיע לתנאי תהודה-חוזק השדה המגנטי על

) δ(היסט הכימי ההמיסוך גדל ולכן , מתקבלת צפיפות אלקטרונית גבוהה בקרבת גרעין המימן

בשכנות לקבוצות מושכות אלקטרונים ). TMSמתקרב לכיוון ההיסט הכימי של (שלו קטן

)δ(היסט הכימי ההמיסוך קטן ולכן , מתקבלת צפיפות אלקטרונית נמוכה בקרבת גרעין המימן

). הרפרנסרחק מהיסט הכימי של מת(שלו גדל

. מוכנסת כמות קטנה של תרכובת ייחוסNMRלכל דוגמא של חומר הנלקחת לבדיקה במכשיר

.TMS [Tetra Methyl Silane - Si(CH3)4]הרפרנס הנפוץ ביותר הוא

יים ונותן פיק חד מסיס ברוב הממיסים האורגנ, )27°C -רותח ב (נדיף , סימטרי , הוא אינרטי

.מרוב התרכובות האורגניות) ממוסך(בשדה גבוה

מבוטא , δ, היסטו הכימי. בצד ימין0Hz - ב TMS-סקלת הספקטרום ממקמת את ה

.ppmביחידות :הגורמים המשפיעים על ההיסט הכימי

15

. בתוך המולקולה-גורמים אינטראמולקולריים . א

.למולקולה מחוץ - גורמים אינטרמולקולריים .ב

:אינטראמולקולריותמבחינים בשתי תופעות

. משיכה או דחיפה של אלקטרונים דרך הקשרים- אפקט אינדוקטיבי.1

).TMS -לכוון ה (פרוטון יותר ממוסך יבלע בשדה גבוה יותר : דחיפה

).TMS -רחוק מה (פרוטון פחות ממוסך יבלע בשדה נמוך יותר : משיכה

. פועל דרך המרחב- ל קשריםאפקט אנאיזוטרופי ש. 2

אלקין או טבעת ארומטית מסתובבים כך שהם יוצרים שדה , אלקן, של קרבונילπ אלקטרוני

מגנטי בכוון השדה החיצוני ולכן המימנים הקשורים למערכת באותו המישור של אלקטרוני

לעומתם פרוטונים . וך יותר מרגישים שדה חיצוני אפקטיבי חזק יותר ולכן יבלעו בשדה נמπ - ה

. הנמצאים בשדה מאונך לאלקטרונים אלו יבלעו בשדה גבוה יותר

:אינטרמולקולרייםאפקטים

.OH ,NH ,SH: הם פועלים רק על מימנים הנמצאים על הטרואטומים

:קיימת השפעה של גורם חוץ מולקולרי כמו

ריכוז. 1

ממס. 2

טמפרטורה. 3

. לא נדון בגורמים אלו,במסגרת הקורס הנוכחי

בצורה גסה ניתן להעריך את המיקום היחסי של הגרעינים לפי המושגים של אלקטרושליליות

, מימני אלדהיד, אך ישנם יוצאי דופן כמו פרוטונים של אצטילן הבולעים יחסית גבוה, וחומציות

בשדה נמוך הבולעים , יחסית מאוד נמוך ומימני בנזן או טבעות ארומטיות בשדה הבולעים

.יחסית

.11' עמ, מתוך הטבלה במדריך הלמידה" להוציא"נתונים לגבי ההיסטים הכימיים השונים ניתן

כתוצאה , יש לשים לב לעובדה שנתוני ההיסטים אינם תמיד תואמים בדיוק את נתוני הספקטרום

או יותר כאשר קבוצת מימנים או מימן אחד נמצאים בשכנות לשתים . משילוב של מספר השפעות

. תוצאה של השפעה הדדית של כל הקבוצות השכנותהנוקבוצות אלקטרושליליות ההיסט הכימי

בתלות בממס ובמשתנים אחרים כך שלא ניתן משתנה OH קבוצת ההיסט הכימי של: הערה

כ " האות השייך לקבוצה זו מופיע בד.בלבדשלו ודאות תוך הסתמכות על ההיסט הכימי ו בלזהותו

הסיבה . הפרוטון שבהידרוקסיל אינו מפצל ואינו מפוצל על ידי פרוטונים שכנים. מורחבכסינגלט

הפרוטונים שבהידרוקסיל מוחלפים במהירות ביניהם באופן בין , לכך היא שבדוגמא הנבדקת

. כ נמצאים בממס"אשר בד, חילופים אלו מזורזים על ידי עקבות של חומצה או בסיס. מולקולרי

ניתן להעלים את האות של . (NH2, NH)לידי ביטוי גם בקבוצות אמיניות תופעה דומה באה

אטום הדאוטריום מחליף את אטום המימן - לדגימה D2Oההידרוקסיל על ידי הוספת

.שבהידרוקסיל

16

NMR -H1 מספר האותות בספקטרום

, ופאןברומופר-1-ל, לדוגמא. מימנים הנמצאים בסביבה כימית זהה קרויים מימנים זהים כימית

CH3CH2CH2Br ,3הראשונה כוללת את שלושת המימנים . קבוצות של מימנים זהים כימית

השניה את שני המימנים המתילניים במרכז המולקולה והשלישית שני מימנים , המתיליים

לכל אחד מסוגי המימנים אות מיוחד בספקטרום . מתילניים של הפחמן הקשור לאטום הברום

יש שתי קבוצות של , CH3CHBrCH3, ברומופרופאן-2-ל. אותותכ שלושה"סה, 1H-NMR-ה

כ שני "סה, 1H-NMR-לכל אחד מסוגי המימנים אות מיוחד בספקטרום ה. מימנים זהים כימית

. וכך הלאה. אותות

אינטגרציה של האותות

השטח מתחת לאות מתכונתי . מידע חשוב טמון בשטח היחסי של האותות השונים בספקטרום

יחס השטחים שמתחת לאותות שווה ליחס , כלומר. הפרוטונים הזהים הגורמים לולמספר

יש אינטגרטור אלקטרוני המתרגם את השטח שמתחת לאות NMRבמכשיר . המימנים במולקולה

. אינטגרציה,לפונקצית מדרגה שגובהה מתכונתי לשטח

בספקטרום, לדוגמא.10%-הטעות היא של כ. היחסים המתקבלים אינם מדויקים- הערה1H-NMR דימתיל פרופאן מופיעים שני אותות-2,2-ברומו-1 של.

C

CH3

CH3

H3C CH2Br

, 7:1.6גבהי האותות הנמדדים הם . מימנים מתילניים2 מימנים מתיליים והשני של 9האחד של

יחס זה מצביע על היחס . ∽2:9היחס במספרים שלמים יתקבל אם נמצא את ). 1:4.4(בהתאמה

. בין המימנים השונים במולקולה

17

-דיכלורו-1,2בתרכובת , לדוגמא. זהו יחס ולא מספרים מוחלטים של מספרי המימנים במולקולה

, מתיל פרופאן-2

C

CH3

Cl

H3C CH2Cl

. 1:3היחס המתקבל באינטגרציה הוא ,

ספין-ספיןפיצול

הסמוכים זה ,ספין מבטא את ההשפעה ההדדית של גרעיני מימנים לא זהים כימית-פיצול ספין

N+1 -קבוצה של גרעיני מימנים זהים כימית מפצלת אותות של גרעין של מימן שכן ל, ככלל. לזה

ם הקשורים לפחמני, )בינם לבין עצמם(הזהים כימית מציין את מספר המימנים Nכאשר , שיאים

האות של מימני . דיכלורואתאן ישנם שני אותות-1,1ג של "בספקטרום תמ, לדוגמא. שכנים

מאחר למימני המתיל ישנו מימן שכן אחד בלבד ) דובלט(המתיל יהיה מפוצל לשנים

(N+1=1+1=2) .3מאחר ויש לו ) קוורטט (4-לעומת זאת האות של המימן המתיני יהיה מפוצל ל

.(N+1=3+1=4)מימנים שכנים

18

CH3CH2CCH3

Oa c b

האות של . אותות3יופיעו כאמור , , בספקטרום של בוטאנון: דוגמא נוספת

לא bהאות של מימני . 2מאחר ומספר המימנים השכנים הוא ) טריפלט (3- יהיה מפוצל לaמימני

4- ב יהיה מפוצל להאות של מימני. 0מאחר ומספר המימנים השכנים הוא ) סינלגט(יהיה מפוצל

. 3מאחר ומספר המימנים השכנים הוא ) קוורטט(

סוגי פיצולים

1 -סינגלט

2 -דובלט

3 -טריפלט

4 -קוורטט

5 -קווינטט

6 -סקסטט

7 –ספטט

:תרגילים

?של זוגות החומרים הבאים 1H-NMR ספקטרה, זה לעומת זה, כיצד ייראו. 3

ClCH2CH2Br . א

CH3CH

Br

Cl

. ב

CH2CH

O

CCH3

O

.ם היחסייםמיקומם ושטחיה, סוג האותות, בכל ספקטרום התייחס למספר האותות

:תשובה

ClCH2CH2Br. א

b a

19

a-3.5, טריפלט ppm, 2H ~

b -3.6, טריפלט ppm, 2H ~

Br

a CH3-C-H

b Cl

a -5, קוורטטט ppm, 1H ~

b -1, דובלטppm, 3H ~

b

ב

CH2CH

O

a c

a -9-10, טריפלטppm, 1H ~

b -2.7, דובלטppm, 2H ~

c -7 , סינגלטppm, 5H~

CCH3

O

a b

a -2, סינגלטppm, 3H ~

b -7, סינגלטppm, 5H ~

ה של תרכובת אורגנית כדאי לחשב את לפני פתרון בעיה העוסקת במציאת נוסחת מבנ:הערה

ם קשרי3: ,טבעת ארומטית. דרגת אחת של אי רוויון-טבעת או קשר כפול ( דרגת אי הרויון

).רויון- דרגות של אי4 -טבעת לכן + כפולים

:CwHxNyOzרוויון במולקולה נתונה -חישוב דרגת האי

W-1/2(X)+1/2(Y)+0(Z)+1

20

.ההתייחסות לאטומי הלוגן היא כמו לאטומי מימן: שימו לב

3500בסביבות אותות IR אין בספקטרום C4H10O לחומר שנוסחתו המולקולרית . 4 :של החומר נתונים להלן 1H-NMR מאפייני ספקטרום. 1-מ" ס1700 -ו

1H, 4.1ppm, מולטיפלט

3H, 3.1ppm, סינגלט

6H, 1.55ppm, דובלט .כם את הצעתונמק. הצע נוסחת מבנה לחומר

:תשובה

. (CH3)2CH-O-CH3

c b a

a -3, סינגלטH, 3.1ppm

b -1, מולטיפלטH, 4.1ppm

c -6, דובלטH, 1.55ppm

- ומאפייני ספקטרום ה C9H11Br נוסחת מבנה לתרכובת שנוסחתה המולקולריתועיהצ . 5 1H-NMR שלה נתונים להלן:

2.15ppm, 2H, קווינטט

2.75ppm, 2H, טריפלט

3.38ppm, 2H, טריפלט

7.22ppm, 5H, סינגלט

. בקביעת נוסחת המבנהכם את שיקוליוריהסב

:תשובה

CH2CH2CH2Br .

a b c d

a -3.38, טריפלטppm, 2H

b -2.15, קווינטטppm, 2H

21

c -2.75, טריפלטppm, 2H

d -7.22, סינגלטppm, 5H

: החומר אטרופיןכםלפני .6

NCH3

H

OC-CH

O CH2OH

.קונמ 1H-NMR ? לכמה אותות תצפה בספקטרום. א ? של חומר זה IR בספקטרוםואלו אותות אופיינים תמצא. ב

:תשובה

. סוגי מימנים9. אותות9 .א

). פסים4 (-1מ" ס1450-1600 - מתיחה -רומטי א C=C . ב

C-H 1מ" ס750 - כיפוף - ארומטי-.

C-H 1מ" ס3000-3100 - מתיחה - ארומטי-.

O-H 1מ" ס3000-3500 - מתיחה-.

C=O 1מ" ס1735-1750 - מתיחה-.

C-N 1מ" ס1020-1220 - מתיחה-.

m/e=102 של שני איזומרים מופיע האות של היון המולקולרי ב MS בספקטרום. 7

.-1 מ" ס1735 -ישנה בליעה ב IR ובספקטרום :של האיזומרים נתונים להלן 1H-NMR - ני ספקטרום הואפי

6H, 1.2ppm ,דובלט. א 1H, 2.5ppm, ספטט

3H, 3.8ppm, סינגלט

22

6H, 1.2ppm, דובלט. ב

3H, 2.1ppm, סינגלט

1H 4.9ppm, ספטט

.כם את קביעותיוריהסב . נוסחאות מבנה לשני האיזומריםועיהצ

:תשובה

.א (CH3)2CHCOCH3

O

c b a

a -3, סינגלטH, 3.8ppm

b -1, ספטטH, 2.5ppm

c -6, דובלטH, 1.2ppm

.ב

(CH3)2CHOCCH3

O

c b a

a -3, סינגלטH, 2.1ppm

b -1, ספטטH 4.9ppm

c -6, דובלטH, 1.2ppm

1H-NMR -ו IR וםוספקטר C10H12O לתרכובת שנוסחתה המולקולרית נוסחת מבנהועיהצ. 8

. בקביעת המבנהכם את שיקוליוריהסב .שלה נתונים להלן IR: ספקטרום

23

: 1H-NMRספקטרום

:תשובה

(CH3)2CHC

O

a c b

a -7.6, מולטיפלט ppm, 5H

b –3.5, ספטט ppm, 1H

c –1.2, דובלט ppm, 6H

ללא פיצולי ,13C-NMR להלן ספקטרום. קיימים ארבעה איזומרים C4H9Cl לחומר . 9 , 13C-1Hשל אחד האיזומרים:

24

?אלו מבנים אפשר להוציא מכלל אפשרות על סמך ספקטרום זה

? עשוי לסייע בקביעת המבנה של התרכובת13C-1H עם פיצולי 13C-NMR כיצד ספקטרוםותאר

:תשובה

1 . CH3CH2CH2CH2Cl

2 .CH3CHClCH2CH3

3 .(CH3)2CHCH2Cl

4 .(CH3)3CCl

שני סוגי . 4 –ישנם שלושה סוגי פחמנים וב . 3ב . אינם מתאימים לספקטרום. 4 –ו . 3

.פחמנים

):משדה נמוך לגבוה(עם פיצולים יראה . 1 של 13C-NMRספקטרום

(CH3) q, (CH2) t, (CH2) t, (CH2Cl) t

):משדה נמוך לגבוה(עם פיצולים יראה . 2 של 13C-NMRספקטרום

(CH3) q, (CH3)q, (CH2) t, (CH) d

25