การวิเคราะห์ความเป็นกรดบนพื้นผิวของแข็ง ด้วยเทคนิคการดูดซับ Probe molecule (๔) MO Memoir : Wednesday 24 April 2562

"Probe molecule ที่ดีที่สุดก็คือตัวโมเลกุลสารตั้งต้นเอง" น่าจะเป็นข้อสรุปที่ดีสำหรับเกณฑ์ข้อที่สี่ของ Lercher และคณะที่กล่าวไว้ "ขนาดของ Probe molecule ที่จะใช้วัดความหนาแน่นของตำแหน่งที่เป็นกรดควรที่จะมีขนาดประมาณเทียบเคียงกับขนาดของสารตั้งต้นของปฏิกิริยาที่ศึกษา" ("ความหนาแน่น" นี้คือบนพื้นผิวของแข็งนะ) 
  

ปฏิกิริยาที่เกิดบนตัวเร่งปฏิกิริยาวิวิธพันธ์นั้นจะเกิดขึ้นในรูพรุนของตัวเร่งปฏิกิริยา ซึ่งรูพรุนนี้มีทั้งขนาดเล็กและขนาดใหญ่ ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อสารตั้งต้นสามารถลงไปเกาะยังตำแหน่งที่ว่องไว (เช่นตำแหน่งที่เป็นกรดในกรณีของปฏิกิริยาที่ต้องการกรดในการเร่งปฏิกิริยา) ตำแหน่งที่เป็นกรดนี้มีอยู่ทั้งบนพื้นผิวของรูพรุนขนาดเล็กและรูพรุนขนาดใหญ่ แต่ตำแหน่งที่เป็นกรดที่สามารถเร่งปฏิกิริยาได้จะต้องเป็นตำแหน่งที่โมเลกุลสารตั้งต้นเข้าถึงได้ ถ้าสารตั้งต้นมีขนาดโมเลกุลเล็ก มันก็สามารถแพร่เข้าไปถึงตำแหน่งที่เป็นกรดที่อยู่ในรูพรุนชนาดเล็กได้ แต่ถ้าสารตั้งต้นมีขนาดโมเลกุลใหญ่ มันจะไม่สามารถใช้ประโยชน์จากตำแหน่งที่เป็นกรดที่อยู่ในรูพรุนขนาดเล็กได้
 

คาร์บอนมอนอกไซด์หรือ CO (kinetic parameter = 0.073 nm) และแอมโมเนียหรือ NH₃ (kinetic parameter = 0.073 nm) เป็นโมเลกุลที่มีขนาดเล็กที่สามารถเข้าไปถึงตำแหน่งที่เป็นกรดที่อยู่ในรูพรุนขนาดเล็กได้ โดยเฉพาะ NH₃ มักจะถูกใช้เพื่อการวัดปริมาณตำแหน่งที่เป็นกรดทั้งหมดบนพื้นผิว แต่ถ้าสารตั้งต้นของปฏิกิริยาที่สนใจนั้นมีขนาดโมเลกุลใหญ่จนไม่สามารถแพร่เข้าไปในรูพรุนขนาดเล็กได้ จะมีเฉพาะตำแหน่งที่เป็นกรดที่อยู่ในรูพรุนขนาดใหญ่เท่านั้นที่มีบทบาทในการทำให้เกิดปฏิกิริยา (พวกที่อยู่ในรูพรุนขนาดเล็กไม่มีประโยชน์ใด ๆ เพราะสารตั้งต้นแพร่เข้าไปไม่ถึง) ดังนั้นในกรณี

รูปที่ ๑ สารพวก substituted pyridine หรือไพริดีนที่มีหมู่แทนที่ตรงตำแหน่งอะตอม C ที่อยู่ด้านข้างอะตอม N เช่น 2,6-Dimethylpyridine และ 2,6-Di-t-butylpyridine ไม่เพียงแต่จะมีประโยชน์ในการวัดปริมาณตำแหน่งกรด Brönsted แต่ยังมีประโยชน์ในการวัดตำแหน่งที่เป็นกรดในรูพรุนขนาดใหญ่ที่สารตั้งต้นที่มีขนาดโมเลกุลใหญ่สามารถเข้าถึงได้

ก่อนที่เราจะไปคุยกันเรื่องนี้อยากให้ลองพิจารณาสเปกตรัมการดูดกลืนรังสีอินฟราเรดของ 2,6-dimethylpyridine บนพื้นผิว γ-Al₂O₃ ที่ผ่านการให้ความร้อนที่อุณหภูมิ 400ºC (รูปที่ ๒) และ 500ºC (รูปที่ ๓) ในสุญญากาส ก่อนทำการดูดซับดูก่อนนะครับ สิ่งที่อยากให้ดูก็คือผลของอุณหภูมิที่ใช้ในการเตรียมตัวอย่างก่อนทำการวัด แนวเส้นประสีแดงในรูปที่ ๓ นั้นคือแนวเส้น base line ที่มันไต่ขึ้นสูงเรื่อย ๆ ในช่วงเลขคลื่นสูง ลักษณะเช่นนี้เกิดจากการที่อนุภาคตัวอย่างนั้นมีขนาดใหญ่เกินกว่าความยาวคลื่นแสง ทำให้รังสีที่ตกกระทบนั้นมีการสะท้อนออกไปส่วนหนึ่ง จึงทำให้เห็นค่า absorbance ช่วงเลขคลื่นสูงมีค่าสูงขึ้น แต่นั่นเป็นเพราะรังสีช่วงนี้ถูกสะท้อนออกไป ไม่ได้หายไปเพราะถูกดูดกลืน

รูปที่ ๒ สเปกตรัมการดูดกลืนรังสีอินฟราเรดของ 2,6-dimethylpyridine บนพื้นผิว γ-Al₂O₃ ที่ผ่านการให้ความร้อนที่อุณหภูมิ 400ºC ในสุญญากาศก่อนทำการดูดซับ เส้นประ a คือเส้นก่อนจะมีการดูดซับ 2,6-dimethylpyridine

รูปที่ ๓ สเปกตรัมการดูดกลืนรังสีอินฟราเรดของ 2,6-dimethylpyridine บนพื้นผิว γ-Al₂O₃ ที่ผ่านการให้ความร้อนที่อุณหภูมิ 500ºC ในสุญญากาศก่อนทำการดูดซับ เส้นประ a คือเส้นก่อนจะมีการดูดซับ 2,6-dimethylpyridine เช่นกัน พึงสังเกตความแตกต่างระหว่างเส้น a ในรูปที่ ๒ และ ๓
 

เคยมีคนมาถามผมเกี่ยวกับการวัดการดูดกลืนรังสีอินฟราเรดของไพริดีนเพื่อวัดปริมาณตำแหน่งกรด Brönsted และ Lewis บนพื้นผิวของแข็ง เพื่อที่จะดูว่าตำแหน่งกรดแบบไหนสำคัญต่อการเกิดปฏิกิริยา (เขาคงมาถามในฐานะที่เขาคงรู้ว่าผมเคยลงมือทำการทดลองนี้ด้วยตัวเอง ตั้งแต่การเตรียมแผ่น wafer การป้อนไพริดีนให้ตัวอย่างดูดซับ ไปจนถึงการเก็บสเปกตรัมการดูดกลืน) ซึ่งผมก็ตอบเขาไปว่า "อยากให้ผลออกมาแบบไหนล่ะ จัดให้ได้" 
  

เพราะจากประสบการณ์ที่เคยลองถูกลองผิดในช่วงแรกมันทำให้รู้ว่า ธรรมชาติของตัวอย่าง (คือจับความชื้นได้ดีแค่ไหน) ประสบการณ์ของตัวอย่าง (กล่าวคือสัมผัสอากาศที่มีความชื้นสูงแค่ไหนมานานขนาดไหนก่อนนำมาวัด) และการเตรียมตัวอย่างก่อนให้ดูดซับ probe molecule (ระยะเวลาและอุณหภูมิที่ใช้ในขั้นขั้นตอนการทำสุญญากาศและให้ความร้อนเพื่อกำจัดแก๊สต่าง ๆ ที่อยู่ในรูพรุนและที่พื้นผิวดูดซับเอาไว้) มันส่งผลต่อตำแหน่งกรด Brönsted ที่จะวัดได้ การทำใช้อุณหภูมิสูงทำให้หมู่ -OH หายไปจากพื้นผิวมากกว่าการใช้อุณหภูมิที่ต่ำกว่า และนั่นอาจหมายถึงการมีตำแหน่งกรด Lewis ปรากฏเพิ่มมากขึ้น (-OH สองหมู่หลอมรวมกันกลายเป็นโมเลกุลน้ำหลุดออกไป ไอออนบวกที่เดิมมีหมู่ -OH เกาะอยู่ก็เลยเปิดออก)
 

ผลการวัดในรูปที่ ๒ และ ๓ นั้นนำมาจากบทความในรูปที่ ๔ ข้างล่างที่ให้คำอธิบายไว้ว่าการเพิ่มอุณหภูมิการเตรียมตัวอย่างจาก 400ºC เป็น 500ºC (ทำในสุญญากาศ) ทำให้หมู่ -OH บนพื้นผิวมีการจัดโครงสร้างใหม่ โดย γ-Al₂O₃ ที่ผ่านการความร้อนที่ 500ºC มีปริมาณตำแหน่งกรด Brönsted ที่มีความแรงสูงมากกว่า และมีตำแหน่งกรด Brönsted ที่มีความแรงต่ำน้อยกว่าเมื่อเทียบกับ γ-Al₂O₃ ที่ผ่านการความร้อนที่ 400ºC จากประสบการณ์ที่เคยมี ปรากฏการณ์นี้จะเด่นชัดสำหรับพื้นผิวของแข็งที่มีปริมาณ -OH สูง

รูปที่ ๔ บทความที่เป็นต้นเรื่องของรูปที่ ๒ และ ๓

เทคนิคดั้งเดิมที่ใช้ปฏิกิริยาทดสอบเพื่อหาว่ากรดบนพื้นผิวตัวเร่งปฏิกิริยานั้นมีความแรงสูงถึงระดับไหน แม้ว่าจะเป็นวิธีการที่วุ่นวายและไม่ให้สเกลความแตกต่างที่เด่นชัด เช่นตัวเร่งปฏิกิริยา A และ B สามารถทำให้เกิดปฏิกิริยา alcohol dehydration ได้ แต่ B สามารถทำให้เกิดปฏิกิริยา alkylation of aromatics ก็แสดงว่า B เป็นกรดที่แรงกว่า A ในทำนองเดียวกันถ้า C สามารถทำให้เกิดปฏิกิริยา paraffin cracking ได้แต่ B ทำไม่ได้ ก็แสดงว่า C เป็นกรดที่แรงกว่า B แต่มันก็ไม่ได้บอกว่าความแตกต่างระหว่าง A กับ B และ B กับ C นั้นแตกต่างกันมากแค่ไหน แต่วิธีนี้ก็มีข้อดีคือด้วยการเลือกโมเลกุลสารตั้งต้นที่มีขนาดใกล้เคียงกับสารตั้งต้นในปฏิกิริยาที่เราสนใจ มันจะบ่งบอกถึงตำแหน่งกรดที่สารตั้งต้นในปฏิกิริยาที่เราสนใจนั้นสามารถแพร่เข้าถึงได้ 
  

(หมายเหตุ : ตัวอย่างปฏิกิริยาทดสอบที่ต้องการกรดที่มีความแรงจากต่ำไปสูงได้แก่ Dehydration of alcohols < Cis-trans isomerisation of olefins < Double-bond migration < Alkylation of aromatics < Isomerisation of alkylaromatics < Transalkylation of alkylaromatics < Cracking of alkylaromatics < Skeletal isomerisation < Cracking of paraffins จาก Satterfield,C.N.,"Heterogeneous catalysis in industrial practice", 2nd Ed.,McGraw Hill, 1991)

รูปที่ ๕ บทความที่วัดความเป็นกรดบนพื้นผิวด้วยการใช้ probe molecule ที่มีขนาดแตกต่างกัน โดยพบว่าในกรณีของปฏิกิริยา catalytic cracking สารตั้งต้นที่มีขนาดใหญ่เช่น 1,3,5-Triisopropylbenzene ปริมาณกรดที่วัดด้วย probe molecule ที่มีขนาดใหญ่คือ 2,6-Di-t-butylpyridine จะสอดคล้องกับความว่องไวในการเกิดปฏิกิริยาที่วัดได้

บทความในรูปที่ ๕ เป็นตัวอย่างหนึ่งของการใช้ probe molecule ที่มีขนาดต่าง ๆ กันในการวัดปริมาณตำแหน่งกรดบนพื้นผิว โดยพบว่า probe molecule ที่มีขนาดใหญ่จะวัดได้เฉพาะตำแหน่งกรดที่อยู่บริเวณผิวนอกและเป็นตำแหน่งที่โมเลกุลสารตั้งต้นขนาดใหญ่สามารถใช้ประโยชน์ในการทำปฏิกิริยาได้

กล่าวโดยสรุปก็คือ การมีตำแหน่งที่เป็นกรดที่มีความแรงที่เหมาะสมสำหรับปฏิกิริยาที่ต้องการในปริมาณมากนั้น ไม่ได้ทำให้ตัวเร่งปฏิกิริยานั้นเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่ดีเสมอไป เพราะมันต้องอยู่ในตำแหน่งที่โมเลกุลสารตั้งต้นนั้นสามารถเข้าถึงได้ด้วย ดังนั้นการแปลผลความสัมพันธ์ระหว่าง ปริมาณ-ความแรงของตำแหน่งที่เป็นกรด (ที่วัดได้ด้วยการใช้ probe molecule ขนาดเล็ก) กับอัตราการเกิดปฏิกิริยา จึงอาจไม่ให้ภาพที่ถูกต้องเสมอไปถ้าหากโมเลกุลสารตั้งต้นมีขนาดใหญ่ การนำเอาผลการกระจายขนาดรูพรุนและรูพรุนเฉลี่ยมาพิจารณาประกอบจึงอาจให้ภาพที่ถูกต้องมากกว่า

การจำแนกตำแหน่งที่เป็นเบส Brönsted และ Lewis บนพื้นผิวของแข็งด้วยเทคนิค Infrared spectroscopy และ Adsorbed probe molecules MO Memoir : Thursday 26 April 2561

เนื้อหาในบันทึกฉบับนี้อิงมาจากบทความเรื่อง "Infrared spectrometric studies of the surface basicity of metal oxides and zeolites using adsorbed probe molecules" โดย J.C. Lavalley ตีพิมพ์ในวารสาร Catalysis Today vol. 27 ปีค.ศ. 1996 หน้า 377-401 โดยได้คัดมาเพียงแค่บางประเด็นเท่านั้น

ความเป็นเบสตามนิยามของ Lewis นั้นคือสารที่ให้คู่อิเล็กตรอน ถ้าว่ากันตามนี้ก็คือไอออนลบนั่นเอง และในกรณีของสารประกอบโลหะออกไซด์ ไอออนลบดังกล่าวก็ได้แก่ O^2- (ถ้าเป็นซัลไฟด์ก็จะเป็น S^2-)
 

ตามนิยามของ Arrhenius นั้น เบสคือสารที่แตกตัวในน้ำแล้วให้ไอออนไฮดรอกไซด์ (hydroxide OH^-) และไอออนนี้ก็ถือว่าเป็นเบสตามนิยามของ Brönsted ด้วยเพราะมันสามารถรับโปรตอนได้
 

หมู่ไฮดรอกซิล (hydroxyl -OH) แตกต่างจากไอออนไฮดรอกไซด์อยู่ตรงที่ เรามองพันธะระหว่างอะตอม O กับอะตอมโลหะอีกตัวหนึ่งว่าเป็นอย่างไร ถ้าเรามองว่าอะตอมโลหะนั้นสูญเสียอิเล็กตรอนไปให้อะตอม O (แบบไปแล้วไปลับ) พันธะระหว่างอะตอมโลหะและอะตอม O ก็จะเป็นพันธะไอออนิก หมู่ไฮดรอกซิลก็จะกลายเป็นหมู่ไฮดรอกไซด์ แต่ในกรณีที่ผลต่างระหว่างค่าอิเล็กโทรเนกาทิวิตี (electronegativity) ระหว่างอะตอมโลหะและอะตอม O นั้นไม่สูงมาก เราก็สามารถมองได้ว่าพันธะระหว่างอะตอมโลหะและอะตอม O นั้นเป็นพันธะผสมระหว่างพันธะไอออนิกและพันธะโควาเลนซ์ ส่วนที่ว่าจะมีสัดส่วนความเป็นไอออนิก (Percentage ionic character) มากน้อยแค่ไหนนั้นก็ขึ้นอยู่กับผลต่างของค่าอิเล็กโทรเนกาทิวิตี ถ้าค่าผลต่างดังกล่าวมากเราก็สามารถมองได้ว่าอิเล็กตรอนของโลหะนั้นยกให้อะตอม O ไปเลย ทำให้หมู่ไฮดรอกซิลกลายเป็นไอออนไฮดรอกไซด์ แต่ถ้าผลต่างมีค่าไม่มากก็สามารถมองได้ว่าอิเล็กตรอนของอะตอมโลหะนั้นใช้เวลาส่วนใหญ่ไปอยู่ที่อะตอม O มากกว่าที่ตัวอะตอมโลหะเอง ซึ่งในกรณีหลังนี้อาจต้องมองอะตอม O ของหมู่ไฮดรอกซิลนั้นเป็นเบส Lewis
 

ในขณะเดียวกันหมู่ไฮดรอกซิลเองยังแสดงฤทธิ์เป็นกรด Brönsted ได้ด้วย ด้วยการที่มันจ่าย H⁺ ออกไปและทิ้งประจุลบเอาไว้ที่อะตอม O ความเป็นกรดของหมู่ไฮดรอกซิลนี้จะแรงขึ้นถ้าหากไอออนบวกที่เกาะกับอะตอม O อยู่นั้นสามารถสะเทินอิเล็กตรอนส่วนเกินที่เกิดขึ้นนี้ได้ด้วยการดึงเอาอิเล็กตรอนส่วนเกินตัวนี้ออกไป ไอออนบวกที่มีความหนาแน่นประจุสูง (คือเป็นไอออนขนาดเล็กและ/หรือมีประจุบวกมาก) จะทำหน้าที่ดึงอิเล็กตรอนออกได้ดี

รูปที่ ๑ แบบจำลองโครงสร้างของหมู่ -OH บนพื้นผิวของแข็ง
 

Lavalley ได้ยกตัวอย่างโครงสร้างหมู่ -OH บนพื้นผิวสารประกอบโลหะออกไซด์ (เช่น alumina แล chromia) ดังแสดงในรูปที่ ๑ ในกรณีของ Type I ที่หมู่ -OH มีไอออนโลหะ M อยู่เคียงข้างเพียงไอออนเดียว ความเป็นเบสของหมู่ -OH จะมากที่สุด แต่เมื่ออะตอม O ของหมู่ -OH มีไอออนโลหะ M อยู่เคียงข้างมากขึ้น (มี coordination number สูงขึ้นดังเช่นกรณีของ Type II และ Type III) ความเป็นเบสของหมู่ -OH จะลดลงในขณะที่ความเป็นกรด Brönsted จะโดดเด่นขึ้นแทน เพราะไอออนโลหะ M (ที่มีประจุบวกนั้น) จะช่วยดึงอิเล็กตรอนส่วนเกินที่อะตอม O ออกเมื่ออะตอม O ดังกล่าวจ่าย H⁺ ออกไป ทำให้ O^- ที่เกิดขึ้นนั้นมีเสถียรภาพมากขึ้น
 

Lavalley ยังได้กล่าวไว้ว่าการเปลี่ยนแปลงความแรงของความเป็นเบสดังกล่าวเห็นได้จากการให้ตัวอย่างดูดซับแก๊สคาร์บอนมอนอกไซด์ (carbon monoxide CO) ที่อุณหภูมิต่ำ ที่พบว่าในกรณีโครงสร้างหมู่ -OH แบบ Type I นั้น เลขคลื่นการสั่น (ที่วัดด้วยเทคนิค infrared spectroscopy) ไม่ได้รับผลกระทบจาก CO ในขณะที่รูปแบบ Type II และ Type III นั้นตรวจพบการเกิดพันธะไฮโดรเจน -OH --- CO ระหว่างอะตอม H ของหมู่ไฮดรอกซิลกับอะตอม C ของโมเลกุล CO ส่วนในกรณีของโครงสร้างแบบ Type I นั้นก็มีรายงานว่าสามารถเกิดเป็นฟอร์เมต (formate) กับ CO (รูปที่ ๒)

รูปที่ ๒ การเกิดฟอร์เมต (formate) สปีชีย์เมื่ออะตอม O ของหมู่ -OH แสดงคุณสมบัติ nucleophilic

(โมเลกุล CO นั้นด้านอะตอม C จะมีความเป็นขั้วบวกในขณะที่ด้านอะตอม O จะมีความเป็นขั้วลบ ดังนั้นด้านอะตอม C จะมีคุณสมบัติเป็น electrophilic คือมองหาตำแหน่งที่มีอิเล็กตรอนมากเช่นอะตอม O ของหมู่ -OH ส่วนด้านอะตอม O นั้นจะมีคุณสมบัติที่เป็น nucleophilic คือมองหาตำแหน่งที่มีความเป็นบวกเช่นอะตอม H ของหมู่ -OH ในกรณีของหมู่ -OH ชนิด Type II และ Type III นั้น เราอาจมองได้ว่าอะตอม O ของหมู่ -OH นั้นถูกไอออน M ของโลหะที่มีอยู่หลายไอออนดึงเอาอิเล็กตรอนออกไป ทำให้ความหนาแน่นอิเล็กตรอนที่อะตอม O ลดลง แต่ผลการดึงดังกล่าวทำให้อะตอม H นั้นมีความเป็นบวกมากขึ้นจนทำให้สามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนกับอะตอม O ของ CO ได้ ส่วนในกรณีของ Type I นั้นยิ่งถ้าไอออน M มีความหนาแน่นประจุต่ำและมีค่าอิเล็กโทรเนกาทิวิตีที่ต่ำด้วยแล้ว จะทำให้อะตอม O ของหมู่ -OH มีความหนาแน่นอิเล็กตรอนที่สูง อะตอม C ของ CO จึงหันเข้ามากับกับอะตอม O ของหมู่ -OH)

รูปที่ ๓ การยึดเกาะของโมเลกุล CO กับไอออน O^2- ที่เป็นเบส Lewis ที่นำไปสู่การเกิดเป็นไอออนคาร์บอไนท์ (carbonite CO₂^2-) 
  

โมเลกุล CO ในเฟสแก๊สนั้นยังสามารถเกิดการดูดซับที่ไอออนบวก (cation) หรือตำแหน่งที่เป็นกรด Lewis โดยการดูดซับที่ตำแหน่งดังกล่าวจะทำให้เลขคลื่นการสั่นของโมเลกุล CO ในเฟสแก๊สที่เดิมอยู่ที่ 2143 cm^-1 ย้ายไปยังเลขคลื่นที่สูงขึ้นตามความแรงของตำแหน่งกรด Lewis นั้น แต่ที่อุณหภูมิต่ำ (100 K) ตัวโมเลุกล CO เองก็สามารถเกิดการดูดซับกับไอออน O^2- ที่เป็นเบส Lewis เกิดเป็นไอออนคาร์บอไนท์ (carbonite CO₂^2-) ได้ดังแสดงในรูปที่ ๓
 

คาร์บอนไดออกไซด์ (carbon dioxide CO₂) เป็นแก๊สที่นิยมใช้กันมากกว่าในการวัดความเป็นเบสของพื้นผิวด้วยการที่มันมีความเป็นกรด โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีของหมู่ -OH ชนิด Type I ที่ 1 หมู่จะจับกับโมเลกุล CO₂ 1 โมเลกุลเกิดเป็นสปีชีย์ไฮโดรเจนคาร์บอนเนต (hydrogen carbonate) ดังแสดงในรูปที่ ๔

รูปที่ ๔ การดูดซับโมเลกุล CO₂ ณ ตำแหน่งหมู่ไฮดรอกซิล -OH เกิดเป็นสปีชีย์ไฮโดรเจนคาร์บอนเนต (hydrogen carbonate)

ส่วนในกรณีของ O^2- ที่เป็นเบส Lewis นั้นจากการศึกษาทางด้าน infrared spectroscopy พบว่าโมเลกุล CO₂ มีการเกาะได้หลายรูปแบบ (รูปที่ ๕) โดยอะตอม C นั้นจะเข้าไปยึดเกาะกับ O^2- ในขณะที่อะตอม O อีก 2 อะตอมของโมเลกุล CO₂ อาจอยู่อย่างอิสระหรือหนึ่งในนั้นมีการยึดเกาะกับไอออนบวก M ที่อยู่เคียงข้าง (และสามารถเข้าถึงได้)

รูปที่ ๕ รูปแบบต่าง ๆ ของการเกาะของโมเลกุล CO₂ บนตำแหน่ง O^2- ที่เป็นเบส Lewis
 

Pyrrole เป็นโมเลกุลสารอินทรีย์ตัวหนึ่งที่สามารถนำมาใช้วัดความเป็นเบสบนพื้นผิวโลหะออกไซด์ได้โดยทำหน้าที่เป็นสารที่จ่ายโปรตอน ดังกรณีของ O^2- ที่แสดงในรูปที่ ๖ ข้างล่าง ถ้าหาก O^2- มีความเป็นเบสที่ไม่แรง โมเลกุล pyrrole ก็ทำได้เพียงแค่การสร้างพันธะไฮโดรเจนยึดเกาะกับ O^2- นั้น (ที่อาจกำจัดได้ด้วยการทำสุญญากาศ) แต่ถ้า O^2- มีความเป็นเบสที่แรง อะตอม N ของโมเลกุล pyrrole ก็อาจจ่ายโปรตอนให้กับ O^2- แล้วกลายเป็น pyrrolate ion (ที่อาจต้องไล่ออกจากพื้นผิวด้วยการให้ความร้อน)

รูปที่ ๖ รูปแบบการยึดเกาะของโมเลกุล pyrroloe เข้ากับ O^2-

รูปที่ ๗ และ ๘ เป็น IR spectra ที่นำมาจากรูปที่ ๕.๔ และ ๕.๗ ในวิทยานิพนธ์ปริญญาวิศวกรรมศาสตร์มหาบัณฑิต วิศวกรรมเคมี จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ปีการศึกษา ๒๕๔๓ เรื่อง "การศึกษาการวัดความเป็นเบสของพื้นผิวตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยการดูดซับโมเลกุลโพรบ" ของนางสาวจีราพร จันทรศร โดยเป็นการศึกษาการใช้ pyrrole วัดความเป็นเบสของพื้นผิว ในการทดลองนี้ได้ให้ MgO ดูดซับโมเลกุล pyrrole เอาไว้ก่อน จากนั้นจึงใช้การทำสุญญากาศเพื่อกำจัดโมเลกุล pyrrole ที่ไม่สามารถสร้างพันธะที่แข็งแรงยึดเกาะพื้นผิวเอาไว้ได้ (รูปที่ ๗) ส่วนรูปที่ ๘ เป็นการทดลองต่อจากรูปที่ ๗ กล่าวคือหลังจากทำสุญญากาศจนพบว่าพีคของ pyrrole นั้นลดต่ำลงจนคงที่แล้ว ก็ทำการเพิ่มอุณหภูมิตัวอย่างเป็นขั้น ๆ และทำการวัดปริมาณ pyrrole ที่หลงเหลืออยู่บนพื้นผิว จะเห็นว่าพอเพิ่มอุณหภูมิไปได้แค่ 100ºC ก็ไม่สามารถตรวจพบ pyrrole บนพื้นผิวแล้ว

รูปที่ ๗ IR spectra การดูดซับ pyrrole บนพื้นผิว MgO หลังจากที่ให้พื้นผิวดูดซับ pyrrole จนอิ่มตัวและทำสุญญากาศที่อุณหภูมิห้องเพื่อกำจัดโมเลกุล pyrrole ส่วนเกินออก (ตำแหน่งเลขคลื่น 1016 cm^-1)

รูปที่ ๘ IR spectra การดูดซับ pyrrole บนพื้นผิว MgO หลังจากกำจัดโมเลกุล pyrrole ส่วนเกินออกด้วยการทำสุญญากาศที่อุณหภูมิห้อง จากนั้นจึงค่อยเพิ่มอุณหภูมิตัวอย่างและวัดปริมาณที่หลงเหลืออยู่บนพื้นผิว

IR spectra ของโทลูอีน (Toluene) เอทิลเบนซีน (Ethylbenzene) โพรพิลเบนซีน (Propylbenzene) และคิวมีน (Cumene) MO Memoir : Monday 27 March 2560

Memoir ฉบับนี้เป็นบันทึกกราฟการดูดกลืนรังสีอินฟราเรดของสารประกอบอัลคิลเบนซีนจำนวน ๔ ตัวคือโทลูอีน (หรือเมทิลเบนซีน) เอทิลเบนซีน โพรพิลเลนซีน (หรือนอร์มัลโพรพิลเบนซีน) และคิวมีน (หรือไอโซโพรพิลเบนซีน) (รูปที่ ๑) โทลูอีนนั้นเป็นสารประกอบอัลคิลเบนซีนตัวพื้นฐานที่สุด เอทิลเบนซีนจะแตกต่างจากโทลูอีนตรงที่มีหมู่เมทิลีน (methylene -CH₂-) เพิ่มเข้ามา ๑ หมู่ โพรพิลเบนซีนจะแตกต่างจากเอทิลเบนซีนตรงที่มีหมู่เมทิลีน (methylene -CH₂-) เพิ่มเข้ามาอีก ๑ หมู่ รวมเป็น ๒ หมู่ ส่วนคิวมีนนั้นจะมีหมู่เมทิล (methyl -CH₃) สองหมู่และมี tertiary carbon atom ๑ ตัว
 

มองจากแง่การดูดกลืนรังสีอินฟราเรดแล้ว ตำแหน่งพีคการดูดกลืนรังสีของอัลคิลเบนซีนควรประกอบด้วยการดูดกลืนรังสีของส่วนที่เป็นวงแหวนเบนซีน รวมกับการดูดกลืนรังสีของหมู่อัลคิล พีคการดูดกลืนรังสีของหมู่อัลคิล (โดยเฉพาะหมู่เมทิลและเมทิลีน) และเบนซีนนั้นเคยเล่าไว้แล้วใน Memoir ปีที่ ๑ ฉบับที่ ๘ วันศุกร์ที่ ๕ กันยายน ๒๕๕๑ เรื่อง "Infrared spectrum interpretation"

รูปที่ ๑ โครงสร้างโมเลกุลของ โทลูอีน (หรือเมทิลเบนซีน) เอทิลเบนซีน โพรพิลเลนซีน (หรือนอร์มัลโพรพิลเบนซีน) และคิวมีน (หรือไอโซโพรพิลเบนซีน)

รูปที่ ๒ และ ๓ นั้นเป็นกราฟการดูดกลืนรังสีอินฟราเรดในช่วงเลขคลื่น 400-4000 cm^-1 ของสารทั้ง ๔ ตัว จะเห็นว่าตำแหน่งปรากฏของพีคนั้น (เรียกได้ว่า) เหมือนกัน ความแตกต่างหลักจุดหนึ่งอยู่ตรงที่การปรากฏพีคของหมู่เมทิลีน และความแรงสัมพัทธ์ระหว่างพีคของหมู่เมทิลและเมทิลีน และการแปลผลจะยากขึ้นไปอีกถ้าหากว่าตัวอย่างนั้นเป็นสารผสม

เขียนเรื่องนี้เก็บเอาไว้ก่อน เผื่อว่าในอนาคตกลุ่มเราอาจต้องใช้

รูปที่ ๒ กราฟการดูดกลืนรังสีอินฟราเรดของ (บน) โทลูอีน (หรือเมทิลเบนซีน) และ (ล่าง) เอทิลเบนซีน เมื่อเทียบกับเบนซีน ในกรณีของเอทิลเบนซีนนั้นจะมีการดูดกลืนรังสีของหมู่เมทิลีน (methylene -CH₂- เพิ่มเติมเข้ามา)

รูปที่ ๓ กราฟการดูดกลืนรังสีอินฟราเรดของ (บน) โพรพิลเบนซีน (หรือนอร์มัลโพรพิลเบนซีน) และ (ล่าง) คิวมีน (หรือไอโซโพรพิลเบนซีน) ในกรณีของโพรพิลเบนซีนเมื่อเทียบกับเอทิลเบนซีนนั้น โพรพิลเบนซีนจะมีการดูดกลืนรังสีของหมู่เมทิลีนที่มากกว่า และในกรณีของคิวมีนเมื่อเทียบกับโทลูอีนนั้น คิวมีนจะมีการดูดกลืนรังสีของหมู่เมทิล (-CH₃) ที่มากกว่า

IR spectra ของเพนทีน (Pentenes) MO Memoir : Sunday 12 March 2560

การดูดกลืนรังสีอินฟราเรดนั้นขึ้นอยู่กับว่าโมเลกุลนั้นประกอบด้วยหมู่ฟังก์ชันย่อยอะไรบ้าง โมเลกุลที่มีหมู่ฟังก์ชันเหมือนกันจะมีการดูดกลืนรังสีอินฟราเรดที่ตำแหน่งเลขคลื่น (wave number) เดียวกัน ตัวอย่างเช่นในกรณีของ aliphatic hydrocarbon ที่ประกอบด้วยหมู่เมทิล (methyl -CH₃) หมู่เมทิลีน (methylene -CH₂-) เป็นหลักนั้น จะแสดงพีคการดูดกลืนรังสีอินฟราเรดที่ตำแหน่งเดียวกัน แตกต่างกันตรงที่สัดส่วนการดูดกลืน โมเลกุลที่ยาวกว่าก็จะมีพีคการดูดกลืนของหมู่เมทิลีนที่แรงกว่า ตรงนี้สามารถย้อนกลับไปดูตัวอย่างได้ใน Memoir ปีที่ ๑ ฉบับที่ ๘ วันศุกร์ที่ ๕ กันยายน ๒๕๕๑ เรื่อง "Infrared spectrum interpretation" ที่ได้ยกตัวอย่างพีคของ aliphatic และ cycloaliphatic hydrocarbons และ polyethylene มาเปรียบเทียบกัน
 

ในกรณีของสารที่มีหมู่ฟังก์ชันชนิดเดียวกัน ในจำนวนที่เท่ากัน เช่นกรณีของไซลีนที่มี 3 ไอโซเมอร์คือ ortho, meta และ para หรือในกรณีของโมโนโอเลฟินส์ (หรือโมโนอัลคีน) ที่มีโครงสร้างโมเลกุลแบบ cis- และ trans- นั้น ในการระบุว่าพีคการดูดกลืนที่วัดได้นั้นเป็นของไอโซเมอร์ตัวไหน คงต้องมองหาพีคการดูดกลืนที่เป็นลักษณะเฉพาะของโครงสร้างนั้น อย่างเช่นในกรณีของสารประกอบเพนทีนที่นำมาเป็นตัวอย่างในวันนี้ ซึ่งมีอยู่ด้วยกัน 3 ไฮโซเมอร์คือ 1-pentene ที่มีตำแหน่งพันธะ C=C อยู่ที่ปลายโซ่ (ทำให้เหลือหมู่ -CH₃ เพียงหมู่เดียว แต่มีหมู่ -CH₂- สองหมู่) และ 2-pentene ที่มีตำแหน่งพันธะ C=C อยู่ระหว่างอะตอม C ตัวที่สองและสาม (ทำให้มีหมู่ -CH₃ สองหมู่ แต่เหลือหมู่ -CH₂- เพียงแค่หมู่เดียว) ซึ่งทำให้มีโครงสร้างได้ทั้งแบบ cis และ trans รูปร่างของโมเลกุลทั้งสามแสดงไว้ในรูปที่ ๑ ข้างล่าง

รูปที่ ๑ ไอโซเมอร์ทั้งสามตัวของเพนทีน (pentene) ตัว 1-pentene นั้นจะมีพันธะคู่อยู่ที่ปลายโซ่ ดังนั้นจะไม่มีไอโซเมอร์แบบ cis และ trans ในขณะที่ 2-pentene นั้นมีพันธะคู่อยู่ระหว่างอะตอม C ตัวที่ 2 และ 3 จึงมีไอโซเมอร์แบบ cis และ trans หมู่ที่อาจทำให้เกิดความเข้าใจผิดในการเทียบตำแหน่งพีค IR คือ CH₂ ที่ถ้าเป็นหมู่เมทิลีน (methylene) -CH₂- อะตอม C นั้นจะสร้างพันธะเดี่ยวกับอะตอม C อื่นอีกสองอะตอม แต่ถ้าเป็น H₂C= หรือ terminal vinyl (พันธะคู่ที่ตำแหน่งปลายโซ่) อะตอม C ของหมู่นี้จะสร้างพันธะคู่กับอะตอม C อีกหนึ่งอะตอมเท่านั้น trans 2-pentene และ cis 2-pentene ต่างก็มีหมู่เมทิลีน 1 หมู่และหมู่เมทิล 2 หมู่ ส่วน 1-pentene นั้นมีหมู่เมทิลีน 2 หมู่และหมู่เมทิล 1 หมู่

(หมายเหตุ : เพื่อเป็นการทบทวนให้กับผู้ที่ยังไม่คุ้นเคยกับรังสีอินฟราเรด ในกรณีของรังสีอินฟราเรดนั้นจะใช้หน่วย "เลขคลื่น" หรือ "wave number" เป็นตัวแทนความถี่ คือเป็นจำนวนลูกคลื่นต่อระยะทาง 1 cm ดังนั้นหน่วยของเลขคลื่นจึงเป็น cm^-1 เลขคลื่นที่มากแสดงให้เห็นว่าเป็นคลื่นความถี่สูงหรือความยาวคลื่นสั้น การวัดการดูดกลืนส่วนใหญ่จะกระทำกันในช่วงเลขคลื่น 400-4000 cm^-1 และกราฟการแสดงผลจะเอาเลขคลื่นมากอยู่ทางซ้าย เลขคลื่นน้อยอยู่ทางขวาของแกน x)

รูปที่ ๒ เปรียบเทียบ IR spectra ของไอโซเมอร์ทั้งสามของเพนทีน ลูกศรสีน้ำเงินตรงเลขคลื่น (wave number) ประมาณ 1650 cm^-1 แสดงการมีอยู่ของพันธะคู่ C=C ส่วนลูกศรสีแดงตรงเลขคลื่นระหว่าง 690 และ 900-1000 cm^-1 เป็นการสั่นแบบ out of plane deformation ของพันธะ olefinic C-H (อะตอม C เป็นอะตอมที่สร้างพันธะคู่ C=C)
 

IR spectra ของเพนทีนทั้งสามไอโซเมอร์แสดงไว้ในรูปที่ ๒ กราฟนี้เอามาจาก library ของบริษัท Nicolet ที่มากับเครื่อง FT-IR ที่ภาควิชาซื้อมาเมื่อราว ๆ ๒๔ ปีที่แล้ว ตัวโปรแกรมนั้นทำงานบน Windows 3.0 แต่ยังสามารถทำงานภายใต้ Windows 98 ได้ (ผมทดลองเอามาใช้กับ XP แล้ว แต่ไม่สำเร็จ) โชคดีที่ยังมีเครื่องคอมเก่า ๆ ที่ลงโปรแกรมดังกล่าวเอาไว้และยังใช้งานได้อยู่ก็เลยถือโอกาสจับภาพหน้าจอมาให้ดูกัน ส่วนรูปที่ ๓-๕ เป็นคู่มือการแปลผลที่มากับโปรแกรมดังกล่าวด้วย กราฟในรูปที่ ๒ แกนตั้งมันเป็นหน่วย Absorbance ดังนั้นการดูพีคต้องดูพีคหัวตั้ง แต่รูปที่ ๓-๕ นั้นแกนตั้งมันเป็นหน่วย %Transmittance ดังนั้นการดูพีคจึงต้องดูเป็นพีคหัวกลับ แต่ไม่ว่าจะเป็นพีคหัวตั้งหรือหัวกลับ ตำแหน่งเลขคลื่นที่พีคปรากฏนั้นจะตรงกัน
 

ในแต่ละรูปที่นำมาแสดงนั้น รูป (ก) จะเป็นตำแหน่งพีคโหมดการสั่นแบบ stretching (ยืด-หด) ของพันธะ C-H โดยที่อะตอม C นั้นเป็นอะตอม C ของพันธะ C=C จากรูปที่ ๓ก ๔ก และ ๕ก จะเห็นได้ว่าตำแหน่งของพีคนี้ไม่ขึ้นอยู่กับว่าพันธะ C=C นั้นจะอยู่ที่ปลายโซ่หรือภายในโมเลกุล และในกรณีที่พันธะ C=C นั้นอยู่ภายในโมเลกุล ตำแหน่งของพีคนี้ก็ไม่ขึ้นอยู่กับว่าโครงสร้างโมเลกุลจะเป็นแบบ cis หรือ trans
  

รูป (ข) นั้นแสดงตำแหน่งพีคการดูดกลืนของหมู่เมทิล -CH₃ และหมู่เมทิลีน -CH₂- สารอินทรีย์ตัวใดก็ตามที่มีสองหมู่นี้ก็จะปรากฏพีคการดูดกลืนที่ตำแหน่งนี้เสมอ ส่วนจะเห็นได้ชัดมากแค่ไหนก็ขึ้นอยู่กับว่าสัดส่วนของหมู่ทั้งสองมีมากน้อยเท่าใด เช่นในกรณีของพอลิเอทิลีนนั้นมีหมู่ -CH₃ อยู่น้อยมากจนไม่ปรากฏพีคให้เห็น แต่พอเป็นพอลิโพรพิลีนที่มีสัดส่วนหมู่ -CH₃ และ -CH₂- ใกล้เคียงกัน จะแสดงพีคของหมู่ -CH₃ ชัดเจนมาก
 

รูป (ค) เป็นบริเวณที่แสดงพีคการมีอยู่ของอัลคีน (พันธะ C=C) ตรงบริเวณเลขคลื่น 1650 cm^-1 ที่เกิดจากการสั่นแบบ stretching (ยืด-หด) ของพันธะ C=C ในกรณีของ pentene ที่ยกมานี้มีจุดหนึ่งที่น่าสนใจคือ ในกรณีของ 1-pentene และ cis 2-pentene นั้น พีคนี้เป็นพีคเดี่ยวที่ปรากฏให้เห็นชัดเจน (รูปที่ ๓ค และ ๕ค) แต่ในกรณีของ trans 2-pentene นั้นกลับเป็นพีคเล็ก ๆ สองพีค (รูปที่ ๔)
 

รูป (ง) นั้นแสดงพีคการดูดกลืนของหมู่ -CH₂- (methylene) และหมู่ -CH₃ (methyl) โดยทั้งสองหมู่แสดงพีคที่ตำแหน่ง 1460 cm^-1 ในขณะที่หมู่ -CH₃ จะแสดงพีคที่ตำแหน่ง 1380 cm^-1 ด้วย (ตรงนี้จะลองย้อนกลับไปดู Memoir ฉบับที่ ๘ ที่กล่าวมาข้างต้น ที่เปรียบเทียบพีคระหว่าง n-hexane และ cylclohexane ก็ได้ จะเห็นว่าในกรณีของ cyclohexane นั้นไม่มีพีคที่ตำแหน่ง 1380 cm^-1)

หมู่ -CH₂- ตรงนี้ (ที่อะตอม C สร้างพันธะเดี่ยวกับอะตอม C อื่นอีก 2 อะตอม) เป็นคนละตัวกับหมู่ H₂C= (ที่อะตอม C สร้างพันธะคู่กับอะตอม C อื่นอีก 1 อะตอม) นะ ดังนั้นไม่ควรเอาพีคที่ตำแหน่งนี้เป็นตัวยืนยันว่าตรวจพบหมู่ terminal vinyl (H₂C=)

รูป (จ) แสดงตำแหน่งพีคที่เกิดจากการสั่นของพันธะ C-H โดยที่อะตอม C นั้นเป็นส่วนหนึ่งของพันธะ C=C โดยในกรณีของหมู่ H₂C= หรือ terminal vinyl นั้นจะปรากฏพีคสองพีคตรงเลขคลื่น 990 และ 910 cm^-1 ที่เป็นการสั่นแบบ out of plane deformation ของพันธะ C-H ของหมู่ H₂C= (รูปที่ ๓จ) ในกรณีของโครงสร้างแบบ trans นั้นจะปรากฏพีคเดี่ยวคตรงเลขคลื่น 965 cm^-1 (รูปที่ ๔จ) และในกรณีของโครงสร้างแบบ cis นั้นจะปรากฏพีคเดี่ยวเช่นกัน แต่ขยับไปไกลไปตรงเลขคลื่น 690 cm^-1 (รูปที่ ๕จ)

วันนี้ก็คงจะพอเพียงแค่นี้นะครับ ที่เหลือก็ดูรูปกราฟกับอ่านคำบรรยายเล่น ๆ อีกสัก ๑๕ รูปก็แล้วกัน

รูปที่ ๓ก IR spectrum ของ 1-pentene ช่วงเลขคลื่น 3075-3100 cm^-1 แสดงตำแหน่งการดูดกลืนของการสั่นแบบ stretching ของพันธะ olefinic C-H เนื่องจากสารตัวนี้มีหมู่ -CH₃ เพียงหมู่เดียว (ที่ดูดกลืนรังสีที่ตำแหน่งช่วงคลื่นประมาณ 2960 cm^-1) จึงทำให้การปรากฏของพีคนี้เด่นชัดกว่ากรณีของ 2-pentene (ดูรูปที่ ๔ก และ ๕ก)

รูปที่ ๓ข IR spectrum ของ 1-pentene ตำแหน่งการดูดกลืนช่วงเลขคลื่น 2950-2750 cm^-1 นี้เป็นของหมู่เมทิล -CH₃ และเมทิลีน -CH₂- 

รูปที่ ๓ค IR spectrum ของ 1-pentene ตำแหน่งบริเวณเลขคลื่น 1650 cm^-1 นี้แสดงการมีอยู่ของพันธะ C=C ถ้าเทียบกับ 2-pentene แล้วจะเห็นว่าพีค ณ ตำแหน่งนี้ไม่ขึ้นกับตำแหน่งพันธะ C=C และโครงสร้างแบบ cis หรือ trans

รูปที่ ๓ง IR spectrum ของ 1-pentene ช่วงเลขคลื่นประมาณ 1460 cm^-1 นี้เป็นลักษณะร่วมกันของหมู่ -CH₃ และ -CH₂- (methylene group นะ ไม่ใช่หมู่ H₂C= นะ อย่าไปสับสน) ในขณะที่เลขคลื่นประมาณ 1380 cm^-1 เป็นลักษณะของหมู่ -CH₃ เท่านั้น

รูปที่ ๓จ IR spectrum ของ 1-pentene ตรงเลขคลื่น 990 และ 910 cm^-1 เป็นการดูดกลืนเนื่องจากการสั่นแบบ out of plane deformation ของพันธะ C-H ของหมู่ H₂C= หรือ terminal vinyl ดังนั้นการระบุว่ามีหมู่ terminal vinyl ควรต้องดูการดูดกลืนคลื่นแสงที่ความยาวคลื่นบริเวณนี้ ไม่ใช่ที่ 1460 cm^-1

รูปที่ ๔ก IR spectrum ของ trans 2-pentene ช่วงเลขคลื่น 3075-3100 cm^-1 ที่แสดงตำแหน่งการดูดกลืนของการสั่นแบบ stretching ของพันธะ olefinic C-H เช่นเดียวกับกรณีของ 1-pentene

รูปที่ ๔ข IR spectrum ของ trans 2-pentene ในกรณีที่โมเลกุลมีขนาดใหญ่ขึ้น สัดส่วนของหมู่เมทิลีนจะสูงขึ้น จนอาจทำให้พีคการดูดกลืนของหมู่เมทิลปรากฏเป็นเพียงแค่ไหล่ (shoulder) เท่านั้นเอง

รูปที่ ๔ค IR spectrum ของ trans 2-pentene ตำแหน่งบริเวณเลขคลื่น 1650 cm^-1 นี้แสดงการมีอยู่ของพันธะ C=C ถ้าเทียบกับ 1-pentene หรือ cis 2-pentene แล้วจะเห็นว่าพีคของ trans 2-pentene นี้เป็นพีคเล็ก ๆ ที่ไม่เด่นชัด และยังแยกออกเป็นสองพีค

รูปที่ ๔ง IR spectrum ของ trans 2-pentene ช่วงเลขคลื่นประมาณ 1460 cm^-1 เป็นลักษณะร่วมกันของหมู่ -CH₃ และ -CH₂- ในขณะที่เลขคลื่นประมาณ 1380 cm^-1 เป็นลักษณะของหมู่ -CH₃ เท่านั้น

รูปที่ ๔จ IR spectrum ของ trans 2-pentene ช่วงเลขคลื่นประมาณ 965 cm^-1 ที่เกิดจากการดูดกลืนคลื่นแสงของพันธะ C-H ของโครงสร้างแบบ trans ของโอเลฟินส์ ดังนั้นการมองหาว่าสารตัวอย่างมีโมเลกุลโอเลฟินส์ที่มีโครงสร้างแบบ trans หรือเปล่า จึงควรมองหาพีคที่ตำแหน่งนี้

รูปที่ ๕ก IR spectrum ของ cis 2-pentene ช่วงเลขคลื่น 3075-3100 cm^-1 แสดงตำแหน่งการดูดกลืนของการสั่นแบบ stretching ของพันธะ olefinic C-H เนื่องจากทั้ง cis และ trans 2-pentene นี้มีหมู่ -CH₃ สองหมู่ (ที่ดูดกลืนรังสีที่ตำแหน่งช่วงคลื่นประมาณ 2960 cm^-1 ใกล้กัน) จึงทำให้การปรากฏของพีคนี้ไม่เด่นชัดเหมือนกรณีของ 1-pentene (รูปที่ ๓ก)

รูปที่ ๔ข IR spectrum ของ cis 2-pentene ตำแหน่งการดูดกลืนช่วงเลขคลื่น 2950-2750 cm^-1 นี้เป็นของหมู่เมทิล -CH₃ และเมทิลีน -CH₂- 

รูปที่ ๕ค IR spectrum ของ cis 2-pentene ตำแหน่งบริเวณเลขคลื่น 1650 cm^-1 นี้แสดงการมีอยู่ของพันธะ C=C ของอัลคีน ในกรณีของ cis 2-pentene นี้แม้ว่าจะเด่นกว่าของ trans 2-pentene (รูปที่ ๔ค) แต่ก็ยังไม่เทียบเท่ากับของ 1-pentene (รูปที่ ๓ค)

รูปที่ ๕ง IR spectrum ของ ciss 2-pentene ช่วงเลขคลื่นประมาณ 1460 cm^-1 เป็นลักษณะร่วมกันของหมู่ -CH₃ และ -CH₂- ในขณะที่เลขคลื่นประมาณ 1380 cm^-1 เป็นลักษณะของหมู่ -CH₃ เท่านั้น

รูปที่ ๕จ IR spectrum ของ cis 2-pentene ช่วงเลขคลื่นประมาณ 690 cm^-1 ที่เกิดจากการดูดกลืนคลื่นแสงของพันธะ C-H ของโครงสร้างแบบ cis ของโอเลฟินส์ ดังนั้นการมองหาว่าสารตัวอย่างมีโมเลกุลโอเลฟินส์ที่มีโครงสร้างแบบ cis หรือเปล่า จึงควรมองหาพีคที่ตำแหน่งนี้ เมื่อเทียบกับกรณีของหมู่ terminal vinyl และโครงสร้างแบบ trans แล้ว จะเห็นว่าพีคมีการขยับมาทางเลขคลี่นที่ต่ำลงมากขึ้น