أغلب ما عرفناه بخصوص الذرة، ومكوناتها، وبنائها التفصيلي، وما عرفناه من تفاصيل عن شكل المركبات الكيميائية البسيطة والمعقدة من ترتيب الذرات، وطول الروابط، بينها كان من خلال دراسة تفاعل المادة مع الضوء (الأشعة الكهرومغناطيسية). وفرع العلم المخصص لدراسة ذلك التفاعل بين (الضوء والمادة) هو علم (السبكتروسكوبى -Spectroscopy)

 تعتمد خواص الإشعاع الكهرومغناطيسي على طوله الموجي. الترددات الأعلى تعني طول موجي أقل والعكس صحيح لذلك؛ يمكن تقسيم وترتيب طيف الإشعاع الكهرومعناطيسي إلى عدة مناطق بناءاً على الطول الموجى. كل منطقة في الإشعاع الكهرومغناطيسي تتفاعل مع المادة بشكل مختلف بمعنى أن كل منطقة من الطيف مسؤولة عن آثار معينة للمادة، وبالتالى يمكن دراسة ذلك التأثير، ومعرفة معلومات كثيرة عن المادة وتركبيها

الطيف يتكون من المناطق التالية:

أشعة الراديو وهي: منطقة أعلى طول موجى، والأقل تردد وبالتاليأقل طاقة
 منطقة الميكروويف: وهي المسؤولة عن دوران المركب حول نفسه
 الأشعة تحت الحمراء: وهي المسؤولة عن الحركة الاهتزازية بين الذرات في المركب
 منطقة الضوء المرئي، ومنطقة الأشعة فوق البنفسجية: وهي المسؤولة عن آثار إلكترونات التكافوء وحركتها في مستويات الطاقة
الأشعة السينية: وهي المسؤولة عن آثار الإلكترونات الداخلية
أخيراًأشعة جاما: وهي المنطقة الأقل طول موجى، والأعلى ترددًا، وأعلى طاقة

بشكل أساسى سيتناول المقال جزء الأشعة (تحت الحمراء -IR region) وهي المسؤولة عن الحركة الاهتزازية لل(روابط التساهمية Vibrational motion) وتطبيقات الـ

(IR spectroscopy) كثيرة من أهمها الكشف على المجموعة الوظيفية في المركب العضوي المراد التعرف عليه.

الرابطة التساهمية في المركبات تكون في حركة اهتزازية مستمرةأيأن: طولها يزيد ويقل بشكل اهتزازي كالزنبرك؛ لذلك عندما نقول أن طول الرابطة التساهمية مثلًا 150pm، فإننا نقصد بذلك الرقم أن متوسط طول الرابطة 150pm.
هناك نوعان من الحركات الاهتزازية: حركة(تمددية-Stretching vibration)،

 وحركة(تقوسية-Bending vibration)

الحركة التمددية يكون الاهتزاز على طول الرابطة، ويؤثر فقط على طول الرابطة بينما الحركة التقوسية يؤثر الاهتزاز على الزوايا بين الروابط . لا يتواجد النوع الثاني في المركبات ثنائية الذرة مثل ((H-Cl حيث أنه لا يوجد سوى رابطة واحدة فقط، وبالتالي لا يوجد زوايا. وتتم الحركة التمددية فقط.بعد استخراج مركب ما مجهول من نبات معين أول خطوة في التعرف عليه يتم عمل (تحليل العناصر -elemental analysis) من خلال ذلك التحليل نحصل على الصيغة الجزيئية للمركب لتكون على سبيل المثال ((C₃H₈O
ومن الواضح أن معرفة الصيغة الجزيئية غير كافية للتعرف على شكل المركب؛ لأنها تحتمل أكثر من احتمال
 فقد يكون المركب كحول (بروبانول) كالتاليCH₃-CH₂-CH₂-OH
وقد يكون إيثر (ميثوكسى ايثان)  كالتاليCH₃-CH₂-O-CH₃ وهنا يأتي دور الـIR)

( spectroscopy للتفريق بين الاثنين

يتم وضع العينة من المادة المجهولة داخل جهاز الـ (IR spectrometer) حيث توضع فيه العينة، ويتم تمرير عليها  أشعة الـ IR ليقوم (الكاشف-(Detector برسم علاقة بين كمية الإشعاع النافذ من العينة (percent of transmittance) على المحور الرأسي، وبين طاقة الموجة على المحور الأفقي ويتم استخدام وحدة الـ(wavenumber) كوحدة طاقة

 وهي عبارة عن:

 مقلوب الطول الموجي بالسنتي متر (cm^-1). كلما كانت الرابطة

أقوى تظهر عند (wavenumber)أعلى

تلك الرسمة الناتجة من الجهاز تسمى بالـ (spectrum) وهو الذي نسطيع من قراءته تحديد بالظبط نوع المجموعة الوظيفية في العينة المجهولة. الشكل التالي يوضح

الـ ((IR spectrum الخاص بالبروبانول

ظهور قمة عريضة (broad peak) مقابلة لـ(wavenumber) عند تقريبًا 3500 يؤكد على وجود مجموعة(الهيردوكسيل-(-OH في العينة

بمعنى أنه إذا ظهر spectrum بالشكل السابق نتأكد أن المادة ذات الصيغةC₃H₈O)) هي كحول ليست إيثر.

لكل نوع رابطة، وبالتالي لكل مجموعة وظيفية منطقة معينة في الspectrum يظهر عندها قمةأو ((peak بشكل مميز يمكن بمجرد رؤيته اتخاذ قرار بوجود تلك المجموعة.

الرابطة بين ((O-H في مجموعة (الهيدروكسيل –OH) تظهر في حدود ال 3500 على شكل قمة عريضة.
الرابطة بين ((O-Hفي مجموعة (الكربوكسيل-COOH-) تظهر على شكل عريض أكثر بكثير، وتمتد من حدود 2500 إلى 3000.
مجموعة (الألدهيد -CHO- )مميزة  بالظهور على شكل قمتين صغيرتين عند حدود

3820 و2720.
الرابطة الثنائية((C=C  تظهر عند حدود 1600 والثلاثية تظهر عند حدود 2200.
حلقة البنزين يمكن التعرف على وجودها في المركب من خلال ظهور قمة حادة وواضحة عند 1600 وقمةأخرى عند 1450.

مجموعة(الكربونيل-C=O)هي موجودةفي الكيتونات، وأحماض الكربوكسيليك

 والإسترات، والأميدات، وهي تظهر عند حدود 1700، وتختلف القيمة اختلافًا بسيطًا من مركب إلى الآخر، فهي تظهر عند حدود 1700 في حالة الكيتون بينما تظهر في الإستر عند حدود 1740، وتظهر الكربونيل في الأميد عند 1660، والسبب في ذلك الفروق لنفس نوع المجموعة الوظيفية (الكربونيل) هو؛أن في الإستر يتواجد بجانب مجموعة الكربونيل ذرةأكسجين، وهي: ذرة ذات (سالبية كهربية عالية-high electronegativity) فيكون التأثير الغالب هو تأثير الـ inductive))  فتزيد من الطاقة اللازمة لتمدد الرابطة بين (C=O) فتظهر عند الرقم الأكبر. بينما في حالة الأميد يوجد بجانب مجموعة الكربونيل ذرة نيتروجين وهي ذرةأقل في السالبية الكهربية من الأكسجين، ويكون التأثير الغالب هنا هو تأثير الرنين او الـ (resonance) مما يقلل من الطاقة اللازمة لتمدد الرابطة(C=O) وبالتالى تظهر عند الرقم الأصغر

الرابطة بين (الأكسجين والكربون-C-O) تظهر عند حدود 1050 إذا كان المركب إيثر

 وتظهر عند 1250و1050  إذا كان المركب إستر

و هكذا كل مجموعة وظيفيةفي الكيمياء العضوية لديها سمة مميزة على الspectrum يمكن تحديد تركيب المادة من خلالها. يأتى الـspectrum بالبيانات من بداية 600cm^-1  حتى 4000cm^-1. بالتحديد تظهر القمم المميزة للمجموعات الوظيفية في الجزء من 1400 إلى 4000 من الـspectrum ويسمى ذلك الجزء بـ (functional group region).

ويوفر الرابط التالي جدول بأغلب الروابط المعروفة في المركبات العضوية، وأماكن ظهورها على الـspectrum http://goo.gl/auZviF

إعداد: Mohamed Jimmy

مُراجعة: Esraa Adel

مراجعة لغوية:Sara Hassan
المصادر: spectrometric identification of organic compounds 7th ed. Chapter 2

#الباحثون_المصريون