본문내용
1. 분자 화학식과 분광법을 통해 알 수 있는 것들
1.1. 원소 분석과 계산
원소 분석과 계산은 미지물질의 정성분석과 정량분석을 통해 분자량을 결정하여 최종적으로 분자화학식을 유도해내는 과정이다.
먼저 원소 정성분석은 시료 중에 어떤 원소가 존재하는지 확인하는 것이다. 이를 위해 주로 연소 분석법과 용융법이 활용된다. 연소 분석법은 시료를 산소 분위기에서 연소시켜 생성물인 CO2와 H2O를 정량적으로 측정함으로써 시료 중 C와 H의 존재를 확인한다. 용융법은 시료를 Na과 함께 가열하여 질소, 할로겐, 황 등의 존재를 확인한다.
다음 단계인 원소 정량분석은 시료 중 각 원소의 양을 측정하는 것이다. 탄소와 수소는 연소 분석으로, 할로겐은 AgX 침전법으로, 황은 BaSO4 중량법으로, 질소는 기체 분석법으로 정량한다. 이렇게 얻은 각 원소의 몰수 비를 이용하여 실험식을 유도할 수 있다.
분자량 결정은 시료의 기화점 강하, 끓는점 상승, 또는 삼투압 측정 등을 통해 이루어진다. 이때 얻은 분자량과 실험식으로부터 분자 화학식을 최종적으로 도출할 수 있다.
예를 들어 어떤 유기화합물의 원소 분석 결과 C 64.86%, H 13.51%, O 21.62%이고, 분자량이 74인 경우, 분자식은 C5H10O가 된다. 이는 실험식 CH2O에 분자량을 대입하여 n=5로 계산한 것이다.
이처럼 원소 분석과 계산을 통해 물질의 정성, 정량, 그리고 분자량 정보를 토대로 최종적인 분자 화학식을 도출해낼 수 있다.
1.2. 분자량 결정
분자량을 결정하는 방법에는 다음과 같은 것들이 있다.
증기밀도법(Vapor Density Method)은 미지 기체의 압력(P1), 부피(V1), 온도(T1)와 분자량(M)을 측정하여 표준 상태(0°C, 760 mmHg)에서의 부피(V2)를 계산하고, 이를 22.4 L/mol로 나누어 몰 수를 구한 뒤 질량을 측정하여 분자량을 구하는 방법이다.
냉점강하법(Cryoscopic Method)은 용질의 냉점 강하를 이용하여 분자량을 구하는 방법으로, 용매의 freezing point depression (Δt)를 측정하고 용질의 질량(w), 용매의 질량(W), 몰랄 빙점 강하 상수(K)를 이용하여 분자량(M)을 계산한다.
증기압 삼투법(Vapor Pressure Osmometry)은 용매의 증기압 변화로부터 분자량을 구하는 방법으로, Raoult 법칙과 Clausius-Clapeyron 식을 이용하여 계산한다.
질량분석법(Mass Spectrometry)에서는 분자이온(M+)의 m/e 비를 통해 분자량을 직접적으로 측정할 수 있다.
적정법(Neutralization Equivalent)은 특히 카르복시산의 경우 중화적정을 통해 중화당량을 구하고 분자량을 계산할 수 있다.
이와 같은 다양한 방법을 통해 화합물의 분자량을 정확히 측정할 수 있으며, 질량분석법과 같은 최신 기술을 활용하면 더욱 정밀한 분자량 정보를 얻을 수 있다. 분자량 정보는 화합물의 분자식 결정에 필수적이며, 화합물의 구조 및 반응 메커니즘 연구에 매우 중요한 역할을 한다.
1.3. 분자 화학식
분자 화학식은 분자를 구성하는 원소와 각 원소의 개수를 나타내는 화학식이다. 실험식과 분자식으로 구분할 수 있다.
실험식은 원소 분석을 통해 얻어진 원소비를 단순히 나타낸 식으로, 가장 간단한 정수비를 갖는다. 실험식은 단지 원소조성만을 나타낼 뿐 실제 분자 구조에 대한 정보는 제공하지 않는다.
반면 분자식은 실험식에 실제 분자량 정보를 적용하여 구한 식으로, 실제 분자의 조성을 나타낸다. 분자량 결정 방법(증기 밀도법, 어는점 내림법, 질량 분석법 등)을 통해 실험식에 곱해질 정수 n을 결정할 수 있다. 이때 n은 실험식의 정수배에 해당한다.
분자식은 주어진 원소조성을 가장 단순한 정수비로 나타낸 것이며, 분자량 정보를 이용하여 실험식을 보완한 것이다. 따라서 분자식은 실험식보다 분자의 실제 구조에 대해 더 많은 정보를 제공한다고 볼 수 있다.""
1.4. 수소 결핍 지수
수소 결핍 지수(Index of Hydrogen Deficiency)는 분자 내에 존재하는 탄소-탄소 이중결합과 고리의 수를 나타내는 지표이다. 이는 주어진 화합물의 분자식에서 수소 수와 비교하여 계산된다.
개방사슬 포화 탄화수소의 경우 일반식 CnH2n+2를 갖는다. 이때 수소 결핍 지수 μ는 다음과 같이 계산된다.
μ = (2n + 2 - h) / 2
여기서 n은 탄소 수, h는 수소 수를 나타낸다. 이 지수는 분자 내 존재하는 불포화도를 나타내며, 고리나 이중결합의 개수와 일치한다.
예를 들어 부탄(C4H10)의 경우 μ = (2 × 4 + 2 - 10) / 2 = 0이 된다. 이는 포화 탄화수소로 이중결합이나 고리가 없음을 의미한다.
한편 벤젠(C6H6)의 경우 μ = (2 × 6 + 2 - 6) / 2 = 4이다. 이는 분자 내에 3개의 이중결합과 1개의 고리가 존재함을 나타낸다.
따라서 수소 결핍 지수는 화합물의 구조적 특성을 파악하는 데 유용하게 활용된다. 이를 통해 분자 내 불포화도와 고리 구조를 쉽게 예측할 수 있다.
1.5. 13 법칙
13 법칙은 고분해능 질량 분석법(High-resolution mass spectrometry)을 통해 얻을 수 있는 유기 화합물의 분자량 정보에 관한 것이다.
고분해능 질량 분석법을 통해 얻은 분자량 정보와 분자식은 매우 유용하게 사용될 수 있다. 분자량 정보와 13의 법칙을 이용하면 분자식을 유도할 수 있기 때문이다.
13 법칙에 따르면, 화합물의 분자량(M)이 13의 배수이면 그 화합물은 탄소만으로 이루어진 포화 탄화수소(CnH2n+2)의 분자식을 가지게 된다. 예를 들어 분자량이 94 g/mol인 화합물의 경우, {94/13} = 7.23이므로 이 화합물의 분자식은 C7H10이 된다.
또한 13 법칙은 화합물 내 질소 원자의 개수를 유추하는 데에도 활용될 수 있다. 짝수의 질소 원자를 포함한 화합물은 짝수 분자량을, 홀수의 질소 원자를 포함한 화합물은 홀수 분자량을 갖게 된다.
이처럼 13 법칙은 고분해능 질량 분석법을 통해 얻은 분자량 정보를 활용하여 분자식을 결정하는 데 매우 유용하다. 특히 미지 화합물의 분자식을 추정하는 데 널리 사용되는 기법이다.
1.6. 질량 스펙트럼의 간단한 활용
질량 스펙트럼의 간단한 활용은 다음과 같다.
질량 분광법(Mass Spectrometry)은 분자나 원자를 이온화하고 이온의 질량에 따른 이동 경로의 차이를 이용하여 분석하는 기법이다. 질량 스펙트럼(Mass Spectrum)은 이온화된 입자들의 상대적 강도를 m/e(질량/전하) 비율에 따라 나타낸 것이다.
질량 스펙트럼에서 가장 중요한 정보는 분자 이온 피크(Molecular Ion Peak)이다. 분자 이온 피크는 원래의 분자 상태 그대로 이온화된 것으로, 그 질량수가 바로 분자량에 해당한다. 따라서 질량 스펙트럼으로부터 분자량을 직접 알 수 있다.
또한 동위 원소 비율(Isotope Ratio)을 통해 분자식을 결정할 수 있다. 동위 원소들은 질량수가 다르므로 질량 스펙트럼상에서 서로 다른 피크로 나타난다. 이 동위 원소 피크들의 상대적 세기를 분석하면 분자식을 추정할 수 있다.
질량 스펙트럼에 나타나는 피크들은 대부분 분자가 이온화 과정에서 일어난 분해 과정의 결과이다. 이러한 분해 패턴(Fragmentation Pattern)을 분석하면 분자 구조에 대한 정보를 얻을 수 있다. 특정한 결합이 쉽게 끊어지는 경향성을 이용하여 분자 내 작용기 및 치환체 등을 추정할 수 있다.
질량 분광법은 또한 질소 법칙(Nitrogen Rule)을 이용할 수 있다. 이 법칙에 따르면 짝수 개의 질소 원자를 포함한 화합물은 분자량이 짝수이고, 홀수 개의 질소 원자를 포함한 화합물은 분자량이 홀수이다. 이를 통해 분자식 결정에 도움을 받을 수 있다.
최근에는 고분해능 질량 분광법(High Resolution Mass Spectrometry)이 발달하여 정확한 분자량 측정이 가능해졌다. 이를 통해 분자량뿐만 아니라 화합물의 정확한 분자식도 결정할 수 있다.
종합적으로 질량 스펙트럼은 분자량 결정, 분자식 추정, 화합물 구조 분석 등 다양한 정보를 제공하는 중요한 분석 도구라고 할 수 있다.
2. 적외선 분광법(IR Spectroscopy)
2.1. 적외선 흡수 과정
적외선 흡수 과정은 다음과 같다.
분자에 어떤 종류의 작용기가 존재하는지에 대한 정보를 제공하는 적외선 분광법에서, 분자 내 에너지 변화는 양자화된 에너지 준위로 이루어진다. 분자 내의 총 에너지(Etotal)는 전자 에너지(Eelectronic), 진동 에너지(Evibrational), 회전 에너지(Erotational), 그리고 병진 에너지(Etranslational)의 합으로 이루어진다. 이 중 전자 에너지, 진동 에너지, 그리고 회전 에너지는 양자화되어 불연속적으로 변화하지만, 병진 에너지는 양자화되지 않아 연속적으로 변화한다.
분자에 에너지를 가하는 방법에는 열역학적 방법과 광화학적 방법이 있다. 열역학적 방법은 온도를 상승시켜 에너지를 규칙적으로 공급하는 것이며, 광화학적 방법은 빛을 쬐어 불연속적인 에너지를 가하는 것이다.
플랑크 상수 h와 진동수 ν의 곱으로 표현되는 에너지(E = hν)는 파장 λ와 반비례 관계에 있다. 적외선 영역은 약 2~11 kcal/mol(15~2.5 μm)의 에너지 범위에 해당하며, 이는 공유 결합의 신축 및 굽힘 진동 에너지 준위와 대응된다.
분자에 적외선 복사선을 조사하면, 분자 본질의 진동 주파수와 같은 주파수의 적외선이 흡수되어 진동 운동 진폭이 증가하게 된다. 이후 분자는 기저 상태로 돌아가며 흡수한 에너지를 열로 방출한다. 다만 쌍극자 모멘트의 변화를 수반할 수 있는 진동 모드만이 적외선 복사선을 흡수하여 적외선 스펙트럼을 나타낸다. ""이다.""
2.2. 적외선 스펙트럼의 활용
적외선 스펙트럼의 활용은 다음과 같다.
적외선 스펙트럼은 분자의 finger print와 작용기(functional group)에 대한 정보를 제공한다. 1300-900 cm-1 범위의 finger print 영역에서 각 분자는 독특한 흡수 패턴을 나타내므로, 이를 통해 미지 화합물의 구조를 추정할 수 있다. 또한 O-H, N-H, C=O, C-C, C-O 등 특정 작용기가 존재할 경우 그에 해당하는 특성적인 흡수 피크가 관찰되므로, 미지물질에 어떤 작용기가 존재하는지를 파악할 수 있다.
예를 들어 3600 cm-1 부근에서 나타나는 O-H stretching 피크는 hydroxyl기의 존재를 나타내며, 1715 cm-1 부근의 C=O stretching 피크는 carbonyl기가 있음을 알려준다. 이처럼 특정 작용기의 진동 모드에 해당하는 특성적인 흡수 피크의 존재와 위치를 통해 화합물의 구조를 유추할 수 있다.
또한 피크의 상대적 강도와 band 모양으로부터 작용기의 종류와 세기를 추정할 수 있다. 예를 들어 강한 흡수 피크는 강한 쌍극자 모멘트를 가지는 작용기를, 넓은 band는 수소 결합이 있는 작용기를 나타낸다. 이를 통해 작용기의 성질과 결합 상태를 파악할 수 있다.
따라서 적외선 분광법은 미지 화합물의 작용기 정보를 제공하여 분자 구조를 추정하는 데 매우 유용하게 활용된다. 이와 더불어 정량 분석에도 활용되며, 반응 모니터링, 불순물 검출 등 다양한 용도로 사용된다.
2.3. 신축 및 굽힘 운동
신축 및 굽힘 운동은 분자의 특정 결합에서 일어나는 진동 형태를 의미한다. 분자 내 결합에는 신축 운동과 굽힘 운동이 있는데, 이는 적외선 분광법(IR Spectroscopy)을 통해 관찰할 수 있다.
신축 운동이란 결합의 길이가 늘어났다가 줄어드는 진동 운동을 말한다. 즉, 결합 길이가 변화하는 것이다. 신축 운동에는 대칭 신축 운동과 비대칭 신축 운동이 있다. 대칭 신축 운동은 결합 길이가 동시에 길어졌다가 줄어드는 운동이며, 비대칭 신축 운동은 한 결합의 길이가 늘어나면 다른 결합의 길이는 줄어드는 운동이다. 이러한 신축 운동은 분자 내 특정 결합의 진동을 나타내므로, 적외선 흡수 스펙트럼에서 확인할 수 있다.
한편 굽힘 운동은 결합각이 변화하는 진동 운동을 의미한다. 결합각이 증가했다가 감소하는 진동을 말하며, 이 때 원자들의 상대적인 위치가 변화한다. 굽힘 운동에는 면 내 굽힘 운동과 면 외 굽힘 운동이 있다. 면 내 굽힘 운동은 분자 평면 안에서 일어나는 굽힘 진동이며, 면 외 굽힘 운동은 분자 평면에 수직한 방향으로 일어나는 굽힘 진동이다. 이러한 굽힘 운동 또한 적외선 분광법을 통해 관찰할 수 있다.
분자의 신축 및 굽힘 운동은 각각의 특성을 가지고 있어 적외선 스펙트럼에서 서로 다른 흡수 피크로 나타난다. 따라서 적외선 분광법을 통해 분자의 진동 운동을 분석하면 분자 구조에 대한 정보를 얻을 수 있다.
2.4. 결합 특성과 흡수 경향
결합 특성과 흡수 경향은 적외선 분광법에서 매우 중요한 요소이다. 첫째, 단순한 heternuclear diatomic molecule의 fundamental stretching vibration을 살펴볼 수 있는데, Hook의 법칙으로부터 결합 진동수를 계산할 수 있다. 이때 결합 강도에 비례하고 환산 질량에 반비례하는 것을 알 수 있다.
둘째, 다양한 진동수의 비교를 통해 결합의 특성을 파악할 수 있다. 삼중결합이 이중결합보다, 이중결합이 단일결합보다 높은 진동수를 갖는다. 또한 C-H 결합에서 C와 결합하는 원자의 질량에 따라 진동수가 달라지는데, 이는 Hook의 법칙에 의해 설명된다. 한편 bending vibration은 stretching vibration보다 결합 강도가 작아 낮은 진동수에서 관찰된다.
셋째, 결합의 혼성화 경향에 따라 결합 강도와 길이가 변하므로 진동수도 달라진다. 예를 들어 결합의 S 성격이 증가할수록 결합 강도가 증가하여 진동수가 높아진다. 또한 공명 효과도 결합 강도와 길이에 영향을 주어 진동수 변화에 반영된다.
이처럼 결합의 특성에 따라 적외선 흡수대의 위치와 세기가 달라지므로, 적외선 분광법을 통해 분자 구조와 작용기를 분석할 수 있다. 이러한 결합 특성과 흡수 경향에 대한 이해는 적외선 스펙트럼 해석의 핵심이 된다."
2.5. 적외선 분광광도계
적외선 분광광도계는 분자에 적외선을 쬐어 분자의 진동 및 회전 운동에 의해 발생하는 적외선 흡수 스펙트럼을 측정하는 장비이다. 이를 통해 분자 구조에 대한 정보를 얻을 수 있다.
적외선 분광광도계의 주요 구성 요소는 다음과 같다. 먼저 적외선을 발생시키는 복사 원천이 있다. 이어서 시료를 통과한 빛을 분광시키는 분광기가 있다. 그리고 적외선 흡수 신호를 감지하는 검출기가 있다. 마지막으로 이를 데이터로 처리하고 결과를 출력하는 기록계가 있다.
시료를 통과한 빛의 세기를 파장의 함수로 측정하여 적외선 흡수 스펙트럼을 얻는다. 이 스펙트럼에서 관찰되는 흡수 피크의 위치와 세기는 분자 구조의 특성을 나타낸다. 시료의 종류와 상태에 따라 적외선 스펙트럼 측정 방법이 달라지는데, 기체, 액체, 고체 시료 모두 측정이 가능하다.
고체 시료의 경우 KBr 펠릿 제작 방법을 주로 사용한다. 시료를 극소량 취해 KBr과 섞어 고압으로 성형한 후 측정한다. 이때 시료와 KBr의 비율, 펠릿의 두께 등이 중요하다. 액체 시료는 액체 셀을 이용하여 측정하며, 기체 시료는 기체 셀을 이용한다.
적외선 스펙트럼은 분자의 진동 및 회전 운동에 대한 정보를 제공하므로, 분자 내 작용기의 존재와 종류를 파악할 수 있다. 이를 통해 미지 시료의 화학 구조를 추정할 수 있다. 또한 정량 분석에도 활용될 수 있다.
2.6. 시료 준비
적외선 분광법(IR Spectroscopy)에서 시료 준비는 다음과 같다.
시료 상태에 따라 적절한 방법으로 준비해야 한다. 기체 상태 시료는 gas cell을 사용하고, 액체 상태 시료는 liquid film 또는 solution 형태로 준비한다. 고체 상태 시료는 KBr 펠릿이나 mull 형태로 준비하는 것이 일반적이다.
기체상 시료의 경우 gas cell을 이용한다. 이는 산화된 실리콘이나 금속 등의 투명한 물질로 제작된 셀로, 시료 기체를 셀 내부에 주입하여 측정한다. 이 때 셀의 두께는 1-10 mm 정도로 조절하여 적절한 흡수 강도를 얻는다.
액체 상태의 시료는 liquid film이나 solution 형태로 준비한다. liquid film은 시료를 투명한 윈도우 사이에 얇게 도포하여 준비하고, solution은 시료를 적절한 용매에 녹여 준비한다. 용매 선택 시 적외선 영역에서 흡수가 없어야 하며, 시료와 화학 반응이 일어나지 않아야 한다.
고체 상태 시료는 KBr 펠릿이나 mull 형태로 준비한다. KBr 펠릿은 시료와 KBr을 적절한 비율로 섞어 고압으로 압축하여 투명한 펠릿을 만드는 방법이다. mull 형태는 시료를 적당한 비점성 유기 용매에 현탁시켜 윈도우 사이에 도포하는 방법이다.
이외에도 고체 시료를 직접 측정하거나, 아세톤 등의 용매에 녹여 ATR (Attenuated Total Reflection) 기법으로 측정하는 방법도 있다.
시료 준비 시 주의사항은 다음과 같다. 첫째, 시료와 용매의 반응성을 고려해야 한다. 둘째, 시료가 공기 중에서 변질되지 않도록 주의해야 한다. 셋째, 셀이나 윈도우에 지문, 먼지 등이 묻지 않도록 세심한 주의가 필요하다. 넷째, 시료의 농도가 적절하도록 조절해야 한다.
이와 같이 적외선 분광법에서는 시료의 물리 화학적 특성을 고려하여 적절한 방법으로 시료를 준비하는 것이 중요하다.
2.7. 적외선 스펙트럼 관찰 대상
적외선 스펙트럼 관찰 대상이란 적외선 분광법(IR Spectroscopy)을 통해 분자 내의 작용기와 결합을 분석할 수 있는 다양한 유기 화합물을 말한다.
먼저, 탄화수소는 C-H 결합의 신축 및 굽힘 진동에 따른 특성 피크들이 나타나는데, 포화 탄화수소인 알칸에서는 약 3000 cm-1 이하의 낮은 파수 영역에서 C-H 신축 진동이 관찰된다. 불포화 탄화수소인 알켄과 알킨에서는 C=C, C≡C 결합으로 인해 3000 cm-1 부근에서 C-H 신축 진동 피크가 나타난다.
방향족 화합물에서도 3000 cm-1 이하 영역에서 C-H 신축 진동이 관찰되며, 1600-1500 cm-1 사이에서 C=C 신축 진동 피크가 나타난다. 방향족 고리의 평면 내/외 변형 진동에 의한 특성적인 피크도 관찰된다.
알코올과 페놀에서는 3600-3200 cm-1 범위에서 O-H 신축 진동이 나타나며, 1300-1000 cm-1 영역에서 C-O 신축 진동 피크가 관찰된다. 에테르의 경우 1300-1000 cm-1 사이에 C-O-C 신축 진동 피크가 나타난다.
카보닐 화합물에서는 1760-1665 cm-1 범위에서 C=O 신축 진동 피크가 관찰되며, 그 외에도 다양한 결합 특성에 따른 특성 피크들이 나타난다. 예를 들어, 알데히드의 C-H 신축 진동은 2850-2820 cm-1에서, 케톤의 경우 1715 cm-1 부근에서 관찰된다.
아민에서는 3500-3300 cm-1 영역에서 N-H 신축 진동 피크가 나타나며, 1640-1550 cm-1 사이에서 N-H 변형 진동 피크가 관찰된다. 또한 1350-1000 cm-1 범위에서 C-N 신축 진동 피크가 나타난다.
질소 화합물인 니트릴, 이소시아네이트, 이민 등에서는 2260-2240 cm-1 부근에서 C≡N 결합의 신축 진동 피크가 관찰된다.
황 화합물 중 머캅탄에서는 2550 cm-1 근처에서 S-H 신축 진동 피크가, 술폰화물에서는 1375 cm-1와 1200 cm-1 부근에서 비대칭 및 대칭 S=O 신축 진동 피크가 나타난다.
할로겐 치환기가 있는 경우, 알킬 및 아릴 할로겐화물에서 C-X(X=F, Cl, Br, I) 결합에 의한 특성적인 피크가 관찰된다.
이처럼 적외선 분광법은 다양한 유기 화합물의 작용기와 결합 특성을 파악할 수 있는 매우 유용한 분석 기법이다.
2.8. 상관 차트와 테이블
적외선 분광법에서 상관 차트와 테이블은 적외선 스펙트럼 해석에 매우 유용한 자료이다.
상관 차트는 분자 구조에 따른 특징적인 흡수 파수 영역을 종합적으로 보여준다. 작용기나 구조에 따라 일반적으로 나타나는 흡수 파수 범위와 그 강도를 한눈에 파악할 수 있다. 이를 통해 미지 화합물의 구조를 추정하거나 확인할 수 있다.
테이블은 작용기나 결합 형태에 따른 특징적인 흡수 파수를 더 구체적으로 제공한다. 각 작용기의 신축 및 굽힘 진동에 의한 흡수 파수 범위와 흡수 강도를 나열하여 정성적 분석에 도움을 준다. 또한 유사한 작용기 간의 비교를 통해 미지 화합물의 구조 유추에 활용할 수 있다.
이처럼 상관 차트와 테이블은 적외선 스펙트럼 해석의 필수적인 도구로, 작용기 확인, 분자 구조 추정, 화합물 동정 등 정성적 분석에 널리 사용된다. 특히 복잡한 구조를 가진 유기 화합물의 분석 시 이러한 참고자료가 중요한 역할을 한다.
2.9. 스펙트럼 분석법
스펙트럼 분석법에서는 미지물질의 흡수 스펙트럼을 측정하여 각종 작용기들의 존재 여부와 흡수 강도를 통해 화합물의 구조를 추정할 수 있다. 우선 적외선 영역에서의 특징적인 흡수 띠들을 통해 분자 내 작용기 분석을 할 수 있다. 특정 결합의 신축 및 굽힘 운동에 의해 나타나는 흡수 띠들은 작용기 확인에 용이하다. 또한 스펙트럼의 흡수 강도와 결합 특성과의 관계를 활용하여 정성적인 정보를 얻을 수 있다. 화합물의 종류에 따라 작용기들이 나타내는 특징적인 흡수대와 상관 차트, 참고 테이블을 활용하여 분석할 수 있다. 이처럼 적외선 스펙트럼 분석을 통해 화합물 내 작용기의 동정이 가능하며, 이를 바탕으로 분자 구조를 추정할 수 있다. 더불어 NMR 스펙트럼이나 질량 스펙트럼 등 다른 분광학적 분석 결과와 종합하여 고찰하면 화합물의 구조 규명이 가능하다. 이와 같이 다양한 분광학적 기법들을 복합적으로 활용하여 미지물질의 구조를 체계적으로 분석할 수 있다.""
2.10. 탄화수소
탄화수소는 가장 단순한 유기 화합물로, 탄소(C)와 수소(H)로만 이루어진 화합물이다. 탄화수소는 크게 지방족 탄화수소와 방향족 탄화수소로 구분된다.
지방족 탄화수소는 선형 또는 가지 구조를 가지며, 알칸, 알켄, 알카인 등으로 나뉜다. 알칸은 포화 탄화수소로 탄소 사이의 결합이 단일 결합이며, 일반식은 CnH2n+2이다. 알켄은 탄소 간에 한 개의 이중 결합을 가지는 불포화 탄화수소이며, 일반식은 CnH2n이다. 알카인은 탄소 간에 삼중 결합을 가지는 불포화 탄화수소이며, 일반식은 CnH2n-2이다.
지방족 탄화수소의 적외선 스펙트럼에서는 다음과 같은 특징을 관찰할 수 있다. 먼저 알칸의 경우 3000 cm-1 이하 영역에서 C-H 신축 진동에 의한 강한 흡수 밴드가 나타난다. 특히 메틸기(CH3)와 메틸렌기(CH2)에 의한 특성적인 흡수 밴드가 관찰된다. 알켄의 경우 3000 cm-1 부근에서 =C-H 신축 진동에 의한 흡수 밴드가 나타나며, 1680-1620 cm-1 영역에서 C=C 신축 진동에 의한 중간 세기의 흡수 밴드가 관찰된다. 알카인의 경우 2150 cm-1 부근에서 C≡C 삼중 결합 신축 진동에 의한 중간 세기의 날카로운 흡수 밴드가 나타난다.
방향족 탄화수소는 벤젠 고리 구조를 가지며, 지방족 탄화수소에 비해 화학적으로 더 안정하다. 방향족 탄화수소의 적외선 스펙트럼에서는 3000 cm-1 부근에서 방향족 C-H 신축 진동에 의한 흡수 밴드가...
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