Tabele de referință pentru spectroscopie

Spectroscopia interoghează moleculele cu lumină și ascultă ce absorb. Fiecare interacțiune dintre radiație și materie este cuantificată — o legătură, un electron sau un nucleu acceptă doar energia exactă care corespunde diferenței dintre stările sale permise — deci un spectru este o amprentă a unei structuri citibile de mașină. Cele cinci panouri ale acestei pagini acoperă cele cinci întrebări pe care le pune un chimist unei necunoscute: IR (ce legături sunt prezente), ¹H și ¹³C RMN (ce atomi se află în ce medii), MS (cât cântărește molecula) și UV-Vis (cum răspunde norul ei electronic la lumina vizibilă și ultravioletă).

O legătură vibrează ca o masă pe un arc: atomii mai grei și legăturile mai slabe oscilează mai lent. IR raportează poziții în numere de undă (cm⁻¹) — inversul lungimii de undă, folosit pentru că este direct proporțional cu energia — de la 4000 la 400 în cele 41 de benzi ale panoului. Ancorele diagnostice: o întindere C=O în jurul lui 1700 este puternică și de nerecunoscut (esterii 1750–1735, aldehidele 1740–1720, cetonele 1725–1705, acizii 1725–1700); o pată largă O–H de la 3550 la 3200 semnalează legături de hidrogen; o pereche ascuțită de benzi ale inelului aromatic la 1600/1500 trădează un inel benzenic. Sub 1500 se află regiunea amprentei digitale, unde întregul model — nu un singur vârf — identifică molecula prin comparație cu o referință. Numerele de undă sunt folosite pentru IR pentru că sunt proporționale cu energia fotonilor și țin absorbțiile legăturilor într-un interval ordonat de 400–4000 cm⁻¹.

RMN-ul protonic sortează hidrogenii după vecinătatea electronică, raportat ca deplasare chimică δ în ppm față de referința TMS (stabilită la 0,00, deoarece siliciul său ecranează protonii mai mult decât aproape orice altceva). Vecinii electronegativi retrag densitatea electronică, dezecranează protonul și îl împing spre câmpul slab spre δ mai mari: CH₃ alchilic se află la 0,7–1,3; dacă se atașează un oxigen, aceiași protoni ajung la 3,3–3,8; un inel aromatic îi duce la 6,5–8,5; un proton aldehidic la 9–10; un O–H carboxilic până la 10–13. Integrarea fiecărui semnal numără protonii care îl produc, iar multiplicitatea urmează regula n+1 — un proton cu n vecini echivalenți se desparte în n+1 linii, iar așa se citește conectivitatea. Cele 23 de medii ale panoului notează schimbul cu D₂O pentru O–H și N–H: se agită cu apă grea și semnalele acestea dispar, o tehnică standard de confirmare.

RMN-ul carbonului acoperă 0–220 ppm și cartografiază direct scheletul, câte o linie pentru fiecare carbon distinct. Reperele sunt bunul simț chimic: carbonii sp³ 8–55, carbonii care poartă oxigen sau azot împinși spre câmpul slab la 35–70, carbonii sp² și aromatici 100–155, iar fiecare carbonil 160–220 — C=O aldehidic și cetonic cel mai sus (190–220), esterii, acizii, amidele și anhidridele grupate la 160–185. Două ciudățenii: izotopul natural ¹²C este mut în RMN (spin nuclear 0), de aceea ¹³C — doar 1,1% abundent — trebuie să poarte semnalul și are nevoie de mult mai multe scanări; iar decuplarea în bandă largă de la protoni prăbușește ceea ce ar fi o despicare încurcată în singlete curate, câte unul pentru fiecare carbon.

Impactul electronic ionizează molecula, iar instrumentul sortează fragmentele după raportul masă/sarcină (m/z). Ionul molecular M⁺ dă greutatea moleculară; apoi modelul de fragmentare funcționează ca o adresă poștală — cele 30 de fragmente ale panoului sunt cele comune: m/z 43 (C₃H₇⁺ sau acetil), 91 (cationul tropiliu/benzil, semnătura unui alchilbenzen), 105 (benzoil). Pierderile neutre se citesc din același tabel: M−18 înseamnă un alcool care tocmai s-a deshidratat, M−31 o grupă metoxi plecată. Halogenii se anunță prin izotopi: ³⁵Cl/³⁷Cl (3:1) al clorului și ⁷⁹Br/⁸¹Br (1:1) al bromului dau perechi de vârfuri M și M+2 în aceste rapoarte exacte. Rearanjamentele precum McLafferty (transferul γ-H peste o grupă carbonil) produc vârfuri diagnostice din unități structurale întregi.

UV-Vis urmărește electronii care sar între orbitali: π→π* pentru sisteme nesaturate (permis, intens) și n→π* pentru perechi neparticipante în orbitali antilegători (aproape interzis, slab, cu ε de doar 10–100). Unitatea care absoarbe este cromoforul, iar conjugarea este pârghia: fiecare legătură dublă adăugată îngustează intervalul HOMO–LUMO și deplasează λ_max spre lungimi de undă mai mari — tabelul arată scara: alchena izolată sub 200 nm, dienă 217, trienă 258, banda B interzisă a benzenului la 256, antracenul la 375, până în vizibil. Intensitatea urmează legea Beer–Lambert, A = ε·b·c — absorbanța este absorbtivitatea molară ε (citită direct din tabel) înmulțită cu lungimea drumului optic și cu concentrația — ceea ce face din UV-Vis un instrument cantitativ, nu doar un identificator.

• Un vârf IR se află întotdeauna la un număr fix. Legăturile de hidrogen deplasează și lărgesc dramatic O–H; conjugarea coboară C=O cu 20–40 cm⁻¹. Tabelele dau intervale, nu legi.
• Un deplasament RMN mai mare înseamnă mai mulți protoni. Poziția indică mediul; integrarea indică numărul. Un vârf înalt la 0,9 pot fi patruzeci de grupe metil; unul solitar la 9,8 este un proton aldehidic.
• Ionul molecular este cel mai mare sau cel mai înalt vârf. Cel mai înalt (vârful de bază) este orice fragment care se formează cel mai ușor — adesea m/z 43 sau 91. M⁺ poate fi foarte mic sau cu totul absent.
• Culoarea unui spectru UV este ce absoarbe compusul. Culoarea observată este culoarea complementară: o substanță care absoarbe la 400 nm (violet) pare galbenă.

Instrumente înrudite: Chimie organică (grupele funcționale pe care le identifică aceste tabele), Redox și electrochimie (transferul de electroni, celălalt mod în care se schimbă moleculele) și Date chimice.