---

Langkah 1 : Tentukan Formula Molekul

Langkah 2 : Tentukan Nombor Ketaktepuan.

Langkah 3 : Senaraikan semua fragmen molekul yang dapat di kesan

Langkah 4 : Kumpulkan fragmen supaya menjadi lebih besar

Langkah 5 : Lukis semua kombinasi cantuman kumpulan besar.

Langkah 6 : Pilih struktur yang paling sesuai melalui proses penyingkiran

Langkah 7 : Sahkan struktur pilihan

Langkah 1. : Tentukan Formula Molekul

Formula molekul adalah maklumat yang amat berguna di dalam penentuan struktur sebatian organik melalui kaedah spektroskopi. Ia memberikan maklumat tentang berapa bilangan atom setiap unsur yang terdapat di dalam molekul yang hendak di tentukan itu.

(i) Berat isotop - jisim isotop tepat bagi sesuatu atom relatif kepada jisim karbon-12 sebagai jisim piawai 12.00000 amu (atomic mass unit)

contoh:

Atom hidrogen (¹H) = 1.00783 amu

Atom Deuterium (²H atau D) = 2.01410 amu

(ii) Berat atom (purata) - jisim atom relatif dengan mengambil kira kelimpahan isotop-isotop serta jisim masing-masing.

contoh:

Berat atom klorin (secara purata - JMR) ada 35.453 tetapi klorin adalah terdiri dari dua isotop Cl-35 (67%) dan Cl-37 (33%).

Jadual 1: Beberapa unsur dengan berat purata dan berat isotop serta kelimpahan.

(iii) Secara eksperimen, formula empiris sesuatu sebatian organik boleh ditentukan melalui kaedah analisis CHN di mana peratus unsur karbon, hidrogen, nitrogen dan unsur lain (jika ada) bersama oksigen (secara perbezaan dari 100%) ditentukan. Dari berat molekul, formula molekul pula boleh ditentukan.

(iv) Secara spektroskopi, beberapa jenis spektrum memberikan maklumat tentang bilang unsur yang ada (secara mutlak atau relatif)

a) Spektrum ¹³C-nmr

Bilangan puncak memberikan bilangan karbon yang tak simetri. Kerapkali inilah bilangan karbon dalam molekul. Jenis karbon memberikan maklumat tentang bilangan unsur lain yang terikat pada karbon tersebut. contoh: -CH₃ : 1 karbon dan 3 hidrogen

- CH₂- : 1 karbon dan 2 hidrogen-CH- : 1 karbon dan 1 hidrogen-C=O : 1 karbon dan 1 oksigen

b) Spektrum Inframerah

• Dari jenis kumpulan fungsi yang dikenal pasti di dalam spektrum IR, jenis dan bilangan unsur yang ada boleh dikumpulkan.

  contoh:

  -CO₂H (asid karboksilik) : 1 karbon, 2 oksigen dan 1 hidrogen

  -OH (alkohol) : 1 oksigen dan 1 hidrogen

  -C(=O)O (ester) : 1 karbon dan 2 oksigen

  -NH2 (amina primer) : 1 nitrogen dan 2 hidrogen

  C(=O)NH₂ (amida) : 1 C, 1 O, 1 N dan 2 hidrogen.

  Ar-H (aromatik C-H) : 6 karbon.

c) Spektrum jisim

• Ion molekul (M⁺) memberikan berat molekul. Digunakan untuk mempastikan formula molekul adalah betul dan melihat apa yang kurang.
• Ion-ion serpihan terciri memberikan serpihan molekul atau unsur hetero yang wujud.

 

contoh:

• Puncak pada m/z 105 adalah untuk serpihan ArC=O yang memberikan 7 karbon, 1 oksigen dan 5 hidrogen.
• Puncak pada m/z 91 adalah untuk ion benzilium atau ion tropilium (C₇H₇⁺) yang mengandungi 7 karbon dan 7 hidrogen.
• Puncak M⁺ dan [M+2]⁺ yang terciri memberikan maklumat tentang wujudnya unsur-unsur klorin dan bromin.

   

 

• Maklumat formula molekul yang paling penting dari spektrum jisim adalah perbezaan antara berat molekul [M]⁺ dengan jumlah berat unsur yang dapat dikesan dari ¹³C-nmr dan IR. Jika tidak ada perbezaan, formula yang didapati adalah benar.

 

contoh:

• Jika perbezaan ialah 16, mungkin ada satu atom oksigen yang belum di ambil kira.
• Jika perbezaan adalah 32, mungkin ada dua atom oksigen atau satu atom sulfur yang belum di ambil kira. Guna nisbah [M]⁺ dan [M+2]⁺ untuk membezakan oksigen atau sulfur.
• Jika perbezaan adalah 14, mungkin ada satu atom nitrogen atau satu kumpulan CH₂ yang belum di ambil kira. Gunakan peraturan bilangan nitrogen ganjil untuk membuat pilihan.

 

d) Spektrum ¹H-nmr - melalui maklumat integrasi puncak, pastikan bilangan hidrogen adalah selaras.

 

e) Spektrum UV-vis hanya memberi maklumat tentang ada atau tidak gelang aromatik dan memberikan cadangan tentang mungkin wujud auksokrom (atom hetero).

Langkah 2 : Tentukan Nombor Ketaktepuan.

Nombor ketaktepuan memberikan pedoman kepada wujudnya pengikatan berganda di dalam molekul.

Contoh :

• UN = 1 mencadangkan ada satu ikatan ganda dua (C=C atau C=O) atau satu gelang.
• UN = 2 mencadangkan ada dua ikatan ganda dua atau satu ikatan ganda tiga atau dua gelang atau satu ikatan ganda dua dan satu gelang.
• UN = 4 mencadangkan satu gelang aromatik atau kombinasi ikatan ganda dan gelang.

Langkah 3 : Senaraikan semua fragmen molekul yang dapat di kesan

a) Spektrum Inframerah - dari jenis getaran dapat dikenalpasti kumpulan fungsi dengan jelas.

contoh :

• Ar-H (~3050 cm^-1) : (C₆H₅)- dan sebagainya
• O-H (3500 cm^-1, lebar) : -CO₂H, -OH
• C=O (1680 - 1750 cm^-1) : CO (keton), -CHO (aldehid), -CO₂- (ester)
• N-H (3350 cm^-1) : -NH₂ (amina), -CONH₂ (amida)
• C=C (1620 cm^-1) : olefin (alkena)
• C=C (2200 cm^-1) : alkuna

b) Spektrum Jisim - dari nilai m/z terciri, dapat struktur ion-ion fragmen yang mungkin.

contoh:

• m/z 29, 43, 57 : fragmen rantai alkil -C₂H₅, -C₃H₇, -C₄H₉ dan seterusnya.
• m/z 77 : [C₆H₅]⁺ (gelang aromatik)
• m/z 91 : [C₇H₇]⁺ (kumpulan benzil ArCH₂^-)
• m/z 46 : -NO₂ (kumpulan nitro)

c) Spektrum ¹H-nmr

• Anjakan kimia proton-proton tertentu memberikan kumpulan fungsi atau fragmen molekul.

  contoh:

  • d 11-12 : CO₂H (asid karboksilik)
  • d 9-10 : -CHO (aldehid)
  • d 6.8 - 8.5 : gelang aromatik. Bilangan proton malalui integrasi puncak menunjukkan berapa penukarganti pada gelang benzena tersebut.
  • d 4.5 - 5.5 : C=C (proton olefin). Bilangan proton menunjukkan mono-, di- atau tri-tertukarganti alkena.

   

• Polar pecahan signal terciri memberikan struktur fragmen alkil.

  contoh:

  • triplet dan kuartet menunjukkan adanya kumpulan etil
  • doublet dan multiplet menunjukkan adanya kumpulan isopropil

d) Spektrum ¹³C-nmr - melalui eksperimen berasingan, jenis karbon alifatik dapat diketahui dengan jelas.

Langkah 4 : Kumpulkan fragmen supaya menjadi lebih besar

a) Spektrum ¹H-nmr - polar pecahan signal menentukan kumpulan jiran

contoh:

• signal singlet menunjukkan ada kumpulan jiran tanpa hidrogen.
• signal doublet menunjukkan ada kumpulan jiran dengan satu hidrogen
• signal triplet menunjukkan ada kumpulan jiran dengan dua hidrogen.

b) Spektrum Jisim

• nilai m/z sesuatu ion fragmen memberikan kumpulan jiran sesuatu fragmen kecil.
• kehilangan fragmen di antara dua puncak utama memberikan maklumat tentang kumpulan jiran.
• Seboleh-bolehnya tentukan struktur ion bagi puncak asas (puncak tertinggi) dan beberapa puncak utama lain.

DAPAT MENGURANGKAN FRAGMEN-FRAGMEN MOLEKUL

Langkah 5 : Lukis semua kombinasi struktur sebatian yang mungkin

i) Pilih satu kumpulan hujung seperti -CH₃, -CHO, -CO₂H atau gelang aromatik.

ii) Letakkan kumpulan tengah satu persatu untuk membina struktur pertama dan akhirkan dengan kumpulan hujun lain.

iii) Tukar kedudukan kumpulan tengah untuk mendapat struktur yang lain.

iv) Jika tidak cukup kumpulan hujung, mungkin anda ada struktur gelang.

 

Langkah 6 : Pilih struktur yang paling sesuai melalui proses penyingkiran

i) buang struktur yang tidak mungkin atau tidak selaras dengan spektruk-spektrum yang ada. 

ii) Gunakan nilai anjakan kimia untuk menentukan kedudukan susunan fragmen yang sukar dibezajelaskan. 

iii) Untuk pemilihan struktur gelang aromatik orto, meta atau para, gunakan pola pecahan signal ¹H-nmr pada daerah anjakan kimia proton aromatik.

Langkah 7 : Sahkan struktur pilihan

i) Pastikan keselarasan anjakan kimia dan pola pecahan dalam spektrum ¹H-nmr

ii) Pastikan kehadiran kumpulan-kumpulan fungsi selaras dengan spektrum IR.

iii) Pastikan signal puncak dalam spektrum jisim memberikan pembelahan molekul yang lazim.

iv) Pastikan kehilangan fragmen di antara dua puncak utama dalam spektrum jisim adalah sesuai dengan kimia molekul berkenaan.

v) Untuk sebatian aromatik, kedudukan penukarganti di dalam gelang benzena boleh di pastikan dengan membuat perkiraan ramalan anjakan kimia bagi ke enam-enam karbon dan membandingkan dengan nilai anjakan kimia dari spektrum ¹³C-nmr.

vi) Untuk karbonil aromatik, perkiraan ramalan l_max boleh dibuat bagi struktur aromatik yang dipilih.

vii) Akhir sekali : PASTIKAN BAHAWA SEMUA MAKLUMAT SPEKTRUM ADALAH SELARAS DENGAN STRUKTUR YANG DIPILIH.

Contoh-contoh penggunaan pendekatan ini dapat di lihat dalam Tugasan 3. Klik sini.