[유기 화학] 미지 화합물의 구조를 결정하는 방법과 과정

  Target compound를 합성한 뒤, 이 물질이 과연 의도한대로 잘 만들어졌는지 알아보는 검토 순서는 다음과 같습니다.

 

① 정보의 검토 

˙ 스펙트럼 이외의 정보, 물리 상수나 화학적 성질의 정리

 

② 분자량

˙ 각 피크의 질량수와 패턴 계수를 구하고, MS의 분자 이온으로부터 분자량을 결정합니다. 이때 다른 분자량 측정법에 의해서 구해도 괜찮지만 정밀도가 낮을 수 있습니다. 분자 이온 피크가 잘 나타나지 않는 화합물은 [표 III-b]를 보고 판정합니다.

③ 분자식

˙ MS의 M+1, M+2의 강도로부터 분자량에 대응하는 분자식을 [표 III-c]에 의하여 선정합니다. C, H, N, O 이외의 원소도 고려합니다. 

˙ 1H-NMR의 적분값으로부터 전체 수소수, 13C-NMR의 피크수로부터 최저 탄소수를 추정합니다. 

 

④ 수소 부족 지수

˙ 분자식으로부터 계산하여 불포화도 (다중결합 및 고리의 수)를 확인합니다.

 

⑤ IR 

˙ 스펙트럼의 주된 흡수의 주파수를 구합니다.

˙ 높은 주파수 흡수로부터 순차적으로 특성기, 즉 다중결합, 작용기와 불포화결합의 존재를 추정하고, 또한 존재 여부를 확인합니다. (표 I-a, b 참조)

필요에 따라 [표 I-c]에 의해 olefin의 치환 양식, cis 또는 trans를 구분하고 [표 I-b]에 의하여 확인하고, 또 특성기의 인접구조 (콘쥬게이션 다중결합 및 수소결합)를 추정합니다. 이때 흡수강도 s, m의 흡수가 전혀 없는 경우는 잘못 추정한 것이므로 다시 추정을 시도해야 합니다. w의 흡수는 측정 시 나타나지 않는 경우가 많습니다. 

 

⑥ MS

˙ 질량이 큰 영역의 주된 피크와 분자 이온 피크와의 질량차를 구하여 탈리한 중성 토막 이온을 추정하고 이로부터 작용기, 구조단위가 추정됩니다. [표 III-a 참조] 주된 피크가 모순 없이 설명될 수 있는지 검토합니다. 만약 분열 양식의 해명이 불충분할지라도 모순이 없으면 해독된 것으로 간주해도 됩니다.

 

⑦ 1H-NMR

˙ [표 III-d]에 의하여 스펙트럼 중의 다중선을 식별하고 적분값으로 환경이 다른 수소의 상대적인 비를 구합니다. 화학적 이동 (델타값), 다중도, 결합상수(J값)로부터 각 양성자의 결합 양식을 예상하면 골격 구조를 알 수 있습니다. [표 II-b 참조] 

˙ [표 II-b]에 의해 각 양성자의 종류를 구하고, 그들 양성자를 조립하여 화합물 또는 부분 구조를 추정합니다. 추정한 구조가 스펙트럼의 델타값, 적분값, 다중도, 결합상수를 만족하는가를 [표 II-e]를 사용하여 검토합니다. 스펙트럼에 모순이 있으면 틀린 것이므로 다시 추정해야 합니다. 확실하게 분석되지 않는 피크가 있어도 스펙트럼에 모순이 없으면 분석되었다고 보아도 좋습니다. 

 

⑧ 13C-NMR

˙ 신호수로부터 비등가 탄소의 상대적인 비를 알 수 있습니다. 화학적 이동으로부터 탄소 골격을 추정할 수 있습니다. 

 

⑨ UV

˙ 스펙트럼의 λmax를 구합니다.

˙ λmax로부터 [표 IV-a]에 의해 유사한 흡수를 가진 화합물군을 추정합니다.

˙ 불포화결합, 특히 콘쥬게이션계, 방향족 고리계를 추정합니다. 

 

⑩ 분자구조

˙ 각 스펙트럼에서 얻은 구조 요소를 종합하여 가능한 분자구조를 추정합니다. 

˙ 추정한 구조가 모든 스펙트럼에 모순되지 않는지를 확인합니다.

 

⑪ 기하 이성질체

˙ UV의 εmax, 1H-NMR의 결합상수를 검토합니다.

 

⑫ 입체구조

˙ 1H-NMR의 고리 전류의 차폐효과와 13C-NMR의 입체압축효과를 검토합니다.