35  Dasar Spektroskopi (IR, NMR, MS)

Spektroskopi adalah cara “membaca” struktur molekul dari interaksinya dengan energi: IR melihat gugus fungsi, NMR melihat kerangka atom H dan C, MS melihat massa molekul. Tiga alat ini sering muncul berbarengan untuk menebak struktur senyawa organik.

35.1 Bilangan gelombang (dasar IR)

IR mengukur getaran ikatan. Sumbu-x spektrum IR pakai bilangan gelombang \(\tilde{\nu}\) (satuan \(\text{cm}^{-1}\)), yang merupakan kebalikan panjang gelombang:

\[ \tilde{\nu} = \frac{1}{\lambda} \]

Makin kuat/kaku ikatan dan makin ringan atomnya, makin tinggi \(\tilde{\nu}\) serapannya. Itu sebabnya ikatan rangkap menyerap di angka lebih tinggi daripada ikatan tunggal.

35.2 IR: rentang gugus fungsi

Hafalkan beberapa “sidik jari” utama berikut — cukup untuk menebak gugus dari soal:

Gugus / ikatan Rentang \(\tilde{\nu}\) (\(\text{cm}^{-1}\)) Ciri pita
O–H (alkohol) 3200–3550 lebar, membulat
O–H (asam karboksilat) 2500–3300 sangat lebar
N–H (amina/amida) 3300–3500 1–2 puncak tajam
C–H (sp³) ~2850–2960 sedang
C≡N / C≡C 2100–2260 tajam, lemah
C=O (karbonil) ~1700 tajam, kuat
C=C (alkena) ~1620–1680 lemah–sedang

Aturan praktis: ada puncak kuat di sekitar 1700 → kemungkinan besar gugus karbonil (aldehida, keton, asam, ester). Ada pita lebar di 3200–3550 → ada .

35.3 ¹H-NMR: geseran, n+1, integrasi

¹H-NMR membaca atom hidrogen. Tiga informasi kunci:

  • Geseran kimia (\(\delta\), ppm): posisi sinyal menunjukkan lingkungan H. Makin dekat ke atom elektronegatif (O, halogen) atau , makin besar \(\delta\) (geser ke kiri). Contoh kasar: alkana \(\delta \approx 0{,}9{-}1{,}5\); H dekat O (\(\ce{-O-CH}\)) \(\delta \approx 3{,}3{-}4{,}0\); H aromatik \(\delta \approx 6{,}5{-}8\).
  • Aturan n+1 (splitting): sinyal sebuah H terpecah menjadi \((n+1)\) puncak, dengan \(n\) = jumlah H tetangga yang tak setara. Jadi 2 H tetangga → triplet (3 puncak), 3 H tetangga → kuartet (4 puncak).
  • Integrasi: luas sinyal sebanding dengan jumlah H jenis itu. Rasio integrasi = rasio jumlah H.

\[ \text{jumlah puncak} = n_\text{H tetangga} + 1 \]

35.4 ¹³C-NMR: jumlah sinyal

¹³C membaca kerangka karbon. Yang dipakai adalah isotop (kelimpahan ~1,1%); isotop utama punya spin inti nol sehingga tak aktif di NMR. Aturan utama untuk OSN:

  • Jumlah sinyal = jumlah karbon yang tak setara (lingkungan berbeda).
  • Karbon yang ekuivalen karena simetri menyatu jadi satu sinyal.

Contoh: etanol punya 2 jenis C → 2 sinyal.

35.5 MS: ion molekul dan puncak M+2

Spektrometri massa menembak molekul jadi ion lalu menimbang berdasarkan rasio \(m/z\).

  • Ion molekul (puncak paling kanan, \(m/z\) tertinggi) = massa molekul relatif senyawa.
  • Puncak M+2: muncul karena isotop berat. Untuk (³⁵Cl : ³⁷Cl ≈ 3 : 1) → M : M+2 ≈ 3 : 1. Untuk (⁷⁹Br : ⁸¹Br ≈ 1 : 1) → M : M+2 ≈ 1 : 1.

Jadi melihat pola M dan M+2 langsung memberi tahu ada Cl atau Br.

35.6 Contoh

Contoh 1 (¹H-NMR etanol, ). Ada 3 jenis H: , , .

  • punya 2 H tetangga (di ) → \(2+1 = 3\) → triplet, integrasi 3.
  • punya 3 H tetangga (di ) → \(3+1 = 4\) → kuartet, integrasi 2.

Contoh 2 (MS dan IR). Spektrum MS menunjukkan M = 78 dan M+2 = 80 dengan tinggi hampir sama (≈1 : 1) → ada Br. Bila IR juga punya puncak kuat di ~1700 → ada .

35.7 Mengapa penting di OSN-K

Topik ini langsung diuji pada blok soal organik/struktur. Lihat solusi:

Untuk rentang lengkap dan latihan baca spektrum, pakai sumber lengkap dan referensi NMR. Bacaan visual yang ramah:

Tip✅ Cek kesiapan
  1. Puncak IR kuat di sekitar 1700 cm⁻¹ menandakan gugus apa? (jawab: karbonil )
  2. Sebuah H punya 3 H tetangga; berapa jumlah puncaknya (aturan n+1)? (jawab: 4 — kuartet)
  3. Spektrum MS menunjukkan rasio M : M+2 ≈ 1 : 1. Unsur apa yang hadir? (jawab: bromin, Br)