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Ein sehr wichtiger Schlüsselbaustein zur Identifizierung einer unbekannten organischen Verbindung ist die Infrarotspektroskopie. Sie liefert wertvolle Hinweise über die Konstitution chemischer Verbindungen. Es hat sich gezeigt, daß Strukturelemente bei einer für sie typischen Frequenz Strahlung absorbieren. Diese charakteristischen Absorptionsfrequenzen können zur Strukturaufklärung herangezogen werden.
Im infraroten Bereich ist die Absorption von Strahlung mit der Anregung von Molekülschwingungen verbunden. Diese
Schwingungen liegen in einem Wellenzahlbereich von 400 bis 4000
(25 bis 2,5 
). Eine Molekülgruppe kann nur
dann infrarote Strahlung aus einem elektromagnetischen Wechselfeld aufnehmen, wenn der damit verbundene Übergang in ein höheres Schwingungsniveau mit der Änderung des elektrischen Dipolmoments der Molekülgruppe verbunden ist. Nur
solche Übergänge sind erlaubt. Stark polare Gruppen in einem Molekül ergeben besonders intensive Absorptionen (z.B. Carbonylgruppen, Nitrogruppen und Hydroxygruppen), während unpolare Gruppierungen, wie sie in symmetrisch
substituierten Olefinen oder Azoverbindungen vorliegen, IR-spektroskopisch inaktiv sind.
Da jeder Schwingungsübergang mit einer Änderung des Rotationszustandes des Moleküls verbunden ist, stellt das Infrarotspektrum ein Rotationsschwingungsspektrum dar, daß durch die Vielzahl der Einzelabsorptionen und durch die Wechselwirkungen der Moleküle im festen oder flüssigen Zustand nicht als Linienspektrum, sondern als Bandenspektrum erhalten wird. Deshalb ist bei der Interpretation eines IR-Spektrums nicht nur die Bandenlage (Wellenzahl) zu berücksichtigen, sondern auch die Bandenform und Intensität.
Die Grundschwingungen unterteilt man in Valenzschwingungen (Streckschwingung) und verschiedene Arten von Deformationsschwingungen. Bei der Valenzschwingung ändern sich die Abstände der Atome in Bindungsrichtung; die Schwingung erfolgt in der Kernverbindungslinie. Bei den verschiedenen Deformationsschwingungen beruht die Schwingung auf Änderung des Bindungswinkels. Da bei vergleichbaren Massen der schwingenden Atome die Anregungsenergien für Bindungswinkeldeformationen wesentlich kleiner sind als für Abstandsänderung in Bindungsrichtung, liegen Valenzschwingungen im allgemeinen bei höheren Frequenzen als Deformationsschwingungen.
Bei der Auswertung des Infrarotspektrums einer unbekannten Substanz ermittelt man zweckmäßig zuerst das Kohlenstoffgerüst der Verbindung. Dafür dienen der Bereich der CH - Valenzschwingungen (3300 - 2800 ), der Bereich der CH - Deformationsschwingungen (1540 - 650 ) und der Bereich der Gerüstschwingungen (1700 - 600 ). Mit Hilfe dieser Frequenzen und der in oben aufgeführter Tabelle angegebenen Zuordnungen kann in den meisten
Fällen entscheiden, ob eine aromatische, olefinische, aliphatische oder gemischt aromatisch-aliphatische Verbindung vorliegt.
Nach der Zuordnung des Gerüsttyps ermittelt man mit Hilfe der charakteristischen Frequenzen die funktionellen Gruppen der Verbindung. Von großem Wert ist hierfür die Kenntnis der qualitativen Zusammensetzung des Moleküls, da auf diese Weise bestimmte Gruppen von vornherein ausgeschlossen werden können.
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Kai Jung
2000-11-16
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