13.7 : Частота поглощения ИК-излучения: делокализация

Делокализация электронов относится к распределению электронов по нескольким атомам внутри молекулы, а не к ограничению их одним атомом или связью. Это явление распространено в системах с сопряжёнными связями — структурах, где чередующиеся одинарные и двойные связи позволяют π-электронам свободно перемещаться по сети. Движение электронов стабилизирует молекулу и может влиять на различные химические свойства, включая колебательные частоты, наблюдаемые в ИК-спектроскопии.

В ИК-спектроскопии делокализация электронов напрямую влияет на колебательные (растягивающие) частоты связей. В сопряженных системах, таких как сопряженные алкены или ароматические соединения, делокализация электронов снижает характер двойной связи отдельных связей, делая их немного слабее. Уменьшение прочности связи снижает энергию, необходимую для растяжения связи, что приводит к более низкой частоте растяжения, чем у изолированных двойных связей.

Например, в сопряженном кетоне карбонильная группа (C=O) демонстрирует более низкую частоту растяжения, чем обычные кетоны. Это растяжение обусловлено делокализацией электронов в сопряженной системе, что заставляет карбонильную двойную связь проявлять характер частичной двойной связи и одинарной связи. Сдвиг можно обнаружить как пик при более низком волновом числе, что дает представление о молекулярной структуре и степени сопряжения в образце.

Заместитель, связанный с карбонильным углеродом, также влияет на частоту растяжения через резонансные и индуктивные эффекты. Например, карбонильная группа в сложных эфирах демонстрирует более высокую частоту растяжения, чем карбонильные соединения, поскольку преобладающий отрицательный индуктивный эффект атома кислорода, связанного с карбонильным углеродом, придаёт связи C=O более двойной характер.

В амидах неподеленная пара атома азота может участвовать в резонансе, уменьшая характер карбонильной двойной связи. В результате амиды демонстрируют более низкую частоту растяжения, чем кетоны.