Phân tích cấu trúc phân tử
Tài liệu Phân tích cấu trúc phân tử trong Kho Tài Liệu Vàng LUKATO.
LUKATO AI · LUKATO Edutainment
DAILY CONCEPT PAPER · VIETNAMESE HIGH SCHOOL · study.thptai.kr
LUKATO AI · HỌC 10 PHÚT MỖI NGÀY · Hóa Học · Chủ đề 07 · Phổ MS, IR và NMR
01 / 15
HÓA HỌC · CHỦ ĐỀ 07 HỮU CƠ MỚI
Phân tích
cấu trúc
phân tử
Phổ khối lượng (MS) · Phổ hồng ngoại (IR) · Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (^1H-NMR) · Xác định nhóm chức · Xác định bộ khung Carbon-Hydro
Chào mừng em đến với "trùm cuối" hoàn toàn mới của chương trình Hóa học 12 (CT GDPT 2018). Nếu như trước đây, để tìm công thức phân tử, học sinh phải giải các hệ phương trình đốt cháy phức tạp, thì nay, em sẽ được học cách "đọc biểu đồ như một nhà khoa học thực thụ" .
Ba công cụ: MS (Đo khối lượng), IR (Tìm nhóm chức), và NMR (Vẽ bộ khung) là tổ hợp vũ khí tối thượng trong Hóa học hiện đại. Trong đề thi THPTQG 2026, phần này sẽ xuất hiện dưới dạng các câu hỏi nhận diện Peak (đỉnh) trên đồ thị. Đừng hoảng sợ khi nhìn thấy chúng, vì LUKATO AI sẽ chỉ cho em thấy: Chỉ cần nhớ vài con số đặc trưng, đây lại là phần dễ lấy điểm nhất!
Đối tượng
Lớp 12 THPTQG 2026
Thời lượng
15 phút đọc xuôi 1 lần
Số trang
15 trang 6 khái niệm + 4 tổng kết
HÔM NAY EM SẼ HỌC 6 khái niệm · 4 trang tổng kết
1 Tổng quan 3 loại phổ Tại sao không dùng tính toán chay nữa? TR.02
2 Phổ khối lượng (MS) Tìm Phân tử khối qua Peak [M]^+ TR.03-04
3 Phổ hồng ngoại (IR) Nhận diện nhóm chức (-OH, C=O...) TR.05-06
4 Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) Đếm số loại H và Quy tắc n+1 TR.07-08
5 Bài tập mẫu kết hợp (MS + IR + NMR) Lắp ráp các mảnh ghép thành phân tử TR.09-10
6 Chiến thuật 3 Phần THPTQG Phần I / II / III · phân loại câu hỏi TR.11
✓ Tổng kết Bảng tra cứu nhanh · 10 quy tắc TR.12-15
LUKATO AI · LUKATO Edutainment
HÓA HỌC · CHỦ ĐỀ 07 · KHÁI NIỆM 1 · TỔNG QUAN VỀ PHỔ · study.thptai.kr
LUKATO AI · HỌC 10 PHÚT MỖI NGÀY · Hóa Học · Chủ đề 07 · Phổ MS, IR và NMR
02 / 15
01 KHÁI NIỆM TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHỔ
Từ Toán học chuyển sang Khoa học thực nghiệm
Trước đây, để tìm công thức phân tử C_xH_yO_z, em phải đốt cháy chất đó, đo lượng CO_2, H_2O rồi lập tỉ lệ x:y:z. Cách này rất tốn thời gian và không cho biết cấu tạo bên trong. Ngày nay, các nhà hóa học dùng máy quét (Spectrometer) để "chụp ảnh" phân tử chỉ trong vài giây.
⦿ Bộ ba vũ khí tối thượng
Để xác định chính xác 100% cấu trúc của một hợp chất hữu cơ chưa biết, ta cần kết hợp 3 loại phổ:
- Phổ khối lượng (MS): Cho biết Khối lượng mol (M) của phân tử.
- Phổ hồng ngoại (IR): Cho biết phân tử có chứa Nhóm chức nào (VD: có nhóm -OH hay nhóm C=O không?).
- Phổ cộng hưởng từ hạt nhân (^1H-NMR): Vẽ ra Bộ khung Carbon-Hydro (Các nguyên tử H được sắp xếp như thế nào, đứng cạnh ai).
⚠ Sự thay đổi của Đề thi THPTQG
Đề thi sẽ KHÔNG yêu cầu em phải tự vẽ ra các đồ thị này. Đề thi sẽ cho sẵn hình ảnh đồ thị, nhiệm vụ của em là nhìn vào các đỉnh (Peak) đặc trưng và đối chiếu với bảng số liệu để kết luận. Đây là kỹ năng "nhận diện hình ảnh" chứ không phải tính toán phức tạp!
FIG.01 · Mỗi loại phổ cung cấp một mảnh ghép của phân tử
LUKATO AI · LUKATO Edutainment
HÓA HỌC · CHỦ ĐỀ 07 · KHÁI NIỆM 2 · PHỔ KHỐI LƯỢNG (MS) · study.thptai.kr
LUKATO AI · HỌC 10 PHÚT MỖI NGÀY · Hóa Học · Chủ đề 07 · Phổ MS, IR và NMR
03 / 15
02 KHÁI NIỆM 1/2 · PHỔ KHỐI LƯỢNG (MASS SPECTROMETRY - MS)
Phổ MS — "cái cân siêu việt đo khối lượng phân tử"
Máy quang phổ khối lượng bắn phá phân tử bằng một chùm electron năng lượng cao. Phân tử bị mất 1 electron biến thành Ion phân tử [M]^+ , sau đó vỡ vụn thành các Mảnh ion nhỏ hơn. Máy sẽ đo khối lượng của các mảnh này.
⦿ Cách đọc đồ thị MS
Trục hoành (m/z): Tỉ số giữa khối lượng (m) và điện tích (z). Vì hầu hết các mảnh ion đều có điện tích +1 (z=1), nên giá trị trên trục hoành chính là khối lượng của mảnh đó.
Trục tung: Cường độ tương đối (%). Peak cao nhất (100%) gọi là Peak cơ sở (Base peak), ứng với mảnh ion bền nhất, xuất hiện nhiều nhất.
★ Peak Ion phân tử [M]^+ (Quan trọng nhất)
Là Peak nằm ở vị trí xa nhất về phía bên phải của đồ thị (có m/z lớn nhất).
Giá trị m/z của Peak này CHÍNH LÀ KHỐI LƯỢNG MOL (M) của hợp chất!
(Lưu ý: Bỏ qua các peak đồng vị rất nhỏ nằm sát bên phải nó như [M+1]^+).
FIG.02 · Peak xa nhất bên phải cho biết M = 58
LUKATO AI · LUKATO Edutainment
HÓA HỌC · CHỦ ĐỀ 07 · KHÁI NIỆM 2 · PHÂN TÍCH MẢNH ION · study.thptai.kr
LUKATO AI · HỌC 10 PHÚT MỖI NGÀY · Hóa Học · Chủ đề 07 · Phổ MS, IR và NMR
04 / 15
02 KHÁI NIỆM 2/2 · PHÂN TÍCH CÁC MẢNH ION TRONG PHỔ MS
Mảnh ion — "dấu vân tay của các gốc hydrocarbon"
Ngoài việc tìm được Khối lượng mol M từ Peak [M]^+, các peak nhỏ hơn ở phía trước cũng cung cấp thông tin cực kỳ quý giá. Chúng chính là khối lượng của các "khúc" phân tử bị vỡ ra. Thuộc một vài con số này sẽ giúp em đoán nhanh cấu tạo.
⦿ Bảng tra cứu nhanh các Mảnh ion phổ biến
Giá trị m/z
Mảnh ion tương ứng
Ý nghĩa cấu tạo
15
[CH_3]^+
Phân tử có chứa gốc Metyl (-CH_3).
29
[C_2H_5]^+ hoặc [CHO]^+
Có gốc Etyl (-CH_2CH_3) hoặc nhóm Anđehit (-CHO).
43
[C_3H_7]^+ hoặc [CH_3CO]^+
Có gốc Propyl hoặc nhóm Axetyl (rất hay gặp trong Xeton/Este).
45
[COOH]^+ hoặc [CH_3CH_2O]^+
Đặc trưng của Axit cacboxylic hoặc Ancol etylic.
77
[C_6H_5]^+
Phân tử có chứa vòng Benzen (Gốc Phenyl).
⚠ Bài mẫu · Đọc phổ MS
Đề: Một hợp chất hữu cơ X có phổ MS như Hình 02 (trang trước). Các peak chính xuất hiện ở m/z = 15, 43, 58. Hãy dự đoán cấu tạo của X.
Phân tích:
- Peak xa nhất bên phải là 58 \Rightarrow Khối lượng mol M = 58 g/mol.
- Peak 15 \Rightarrow Phân tử có chứa gốc -CH_3.
- Peak 43 \Rightarrow Phân tử có chứa gốc -CH_3CO- (vì 15 + 28 = 43, nhóm C=O nặng 28).
- Ghép lại: Phân tử có gốc CH_3CO- (khối lượng 43). Khối lượng còn lại là 58 - 43 = 15, đúng bằng một gốc -CH_3 nữa!
- Kết luận: Công thức cấu tạo là CH_3-CO-CH_3 (Acetone).
LUKATO AI · LUKATO Edutainment
HÓA HỌC · CHỦ ĐỀ 07 · KHÁI NIỆM 3 · PHỔ HỒNG NGOẠI (IR) · study.thptai.kr
LUKATO AI · HỌC 10 PHÚT MỖI NGÀY · Hóa Học · Chủ đề 07 · Phổ MS, IR và NMR
05 / 15
03 KHÁI NIỆM 1/2 · PHỔ HỒNG NGOẠI (INFRARED SPECTROSCOPY - IR)
Phổ IR — "máy dò tìm nhóm chức"
Các liên kết hóa học trong phân tử không đứng yên mà luôn dao động (co giãn, uốn cong) như những chiếc lò xo. Khi chiếu tia hồng ngoại vào, các liên kết này sẽ hấp thụ những tần số ánh sáng nhất định. Phổ IR giúp ta biết phân tử có chứa nhóm chức nào (-OH, -COOH, C=O...).
⦿ Cách đọc đồ thị IR
Trục hoành (Số sóng \nu): Đơn vị là \text{cm}^{-1}. Lưu ý: Trục này thường được vẽ ngược , giá trị lớn (4000) ở bên trái, giá trị nhỏ (400) ở bên phải.
Trục tung (Độ truyền qua %T): Ánh sáng truyền qua 100% nghĩa là không bị hấp thụ. Khi liên kết hấp thụ ánh sáng, đồ thị sẽ cắm xuống dưới tạo thành các "thung lũng" (gọi là Peak hấp thụ).
⚠ Vùng vân tay (Fingerprint region)
Vùng có số sóng Học sinh THPT không cần quan tâm vùng này! Em chỉ cần nhìn vào vùng > 1500\ \text{cm}^{-1}$ để tìm nhóm chức.
FIG.03 · Hình dáng đặc trưng của các Peak trên phổ IR
LUKATO AI · LUKATO Edutainment
HÓA HỌC · CHỦ ĐỀ 07 · KHÁI NIỆM 3 · BẢNG SỐ SÓNG IR · study.thptai.kr
LUKATO AI · HỌC 10 PHÚT MỖI NGÀY · Hóa Học · Chủ đề 07 · Phổ MS, IR và NMR
06 / 15
03 KHÁI NIỆM 2/2 · BẢNG SỐ SÓNG ĐẶC TRƯNG CỦA CÁC NHÓM CHỨC
Bảng "cứu mạng" IR — chỉ cần nhớ 3 con số này!
Em không cần phải nhớ toàn bộ bảng số sóng phức tạp. Trong chương trình THPT, đề thi chỉ xoay quanh 3 nhóm chức cơ bản: Ancol (-OH), Anđehit/Xeton/Este (C=O), và Axit cacboxylic (-COOH).
⦿ Bảng tra cứu nhanh Phổ IR
Liên kết
Số sóng (\text{cm}^{-1})
Hình dáng Peak
Nhóm chức tương ứng
O-H (Ancol)
3200 - 3600
Bầu, rộng (Tù tù)
Ancol hoặc Phenol.
O-H (Axit)
2500 - 3300
Rất rộng (Lấn sang cả vùng 3000)
Axit cacboxylic (-COOH).
C=O
1670 - 1750
Nhọn, rất sâu (Kéo dài xuống tận đáy)
Anđehit, Xeton, Este, Axit.
C-H
2800 - 3000
Nhọn, hẹp
Có ở hầu hết mọi hợp chất hữu cơ (Không dùng để phân biệt).
① Bài mẫu · Nhận diện nhóm chức qua IR
Đề: Một hợp chất hữu cơ X có phổ IR xuất hiện một peak rất nhọn và sâu ở 1715\ \text{cm}^{-1}, nhưng KHÔNG có peak bầu rộng nào ở vùng 3200-3600\ \text{cm}^{-1}. X có thể là chất nào sau đây?
A. CH_3CH_2OH (Ancol etylic)
B. CH_3COOH (Axit axetic)
C. CH_3COOCH_3 (Metyl axetat)
Phân tích:
- Peak nhọn, sâu ở 1715\ \text{cm}^{-1} \Rightarrow Chắc chắn có nhóm C=O . (Loại đáp án A vì ancol không có C=O).
- Không có peak bầu rộng ở vùng >3000\ \text{cm}^{-1} \Rightarrow Chắc chắn KHÔNG CÓ nhóm -OH . (Loại đáp án B vì axit có nhóm -OH).
- Vậy chất này có nhóm C=O nhưng không có -OH. Đó chính là Este (hoặc Anđehit/Xeton).
Đáp án đúng là C. Metyl axetat.
LUKATO AI · LUKATO Edutainment
HÓA HỌC · CHỦ ĐỀ 07 · KHÁI NIỆM 4 · PHỔ NMR · study.thptai.kr
LUKATO AI · HỌC 10 PHÚT MỖI NGÀY · Hóa Học · Chủ đề 07 · Phổ MS, IR và NMR
07 / 15
04 KHÁI NIỆM 1/2 · PHỔ CỘNG HƯỞNG TỪ HẠT NHÂN (1H-NMR)
Phổ ^1H-NMR — "bản đồ vị trí của các nguyên tử Hydro"
Đây là loại phổ "xịn" nhất và cũng phức tạp nhất. Nó cho ta biết trong phân tử có bao nhiêu loại nguyên tử Hydro (H), mỗi loại có bao nhiêu nguyên tử, và chúng đang đứng cạnh ai. Máy MRI trong bệnh viện cũng dùng chung nguyên lý với máy NMR này!
⦿ 3 Thông tin sống còn từ phổ NMR
- Số lượng tín hiệu (Số cụm Peak): Bằng số loại H tương đương trong phân tử. (Các H gắn trên cùng 1 C, hoặc đối xứng nhau thì tương đương nhau).
- Độ chuyển dịch hóa học \delta (Trục hoành ppm): Cho biết H đó gắn vào môi trường nào. Càng gần nguyên tử độ âm điện lớn (O, N, Halogen), \delta càng lớn (dịch về bên trái).
- Diện tích dưới Peak (Tích phân): Tỉ lệ diện tích các cụm peak bằng tỉ lệ số lượng nguyên tử H của mỗi loại.
⚠ Chất chuẩn TMS (\delta = 0)
Trên phổ NMR luôn có một peak nhọn, cao ở vị trí đúng bằng 0 ppm. Đó là tín hiệu của chất chuẩn Tetramethylsilane (TMS). Khi đọc phổ, em phải BỎ QUA peak này, nó không thuộc về chất cần phân tích!
FIG.04 · Hình dáng các cụm tín hiệu trên phổ NMR
LUKATO AI · LUKATO Edutainment
HÓA HỌC · CHỦ ĐỀ 07 · KHÁI NIỆM 4 · QUY TẮC N+1 · study.thptai.kr
LUKATO AI · HỌC 10 PHÚT MỖI NGÀY · Hóa Học · Chủ đề 07 · Phổ MS, IR và NMR
08 / 15
04 KHÁI NIỆM 2/2 · QUY TẮC CHẺ MŨI (N+1)
Quy tắc n+1 — "hỏi thăm hàng xóm"
Tại sao trên phổ NMR, có tín hiệu chỉ là 1 vạch (mũi đơn), nhưng có tín hiệu lại bị chẻ thành 3 vạch, 4 vạch? Đó là do sự tương tác từ tính của các nguyên tử H nằm ở Carbon bên cạnh (hàng xóm). Đây là chìa khóa để ghép nối các mảnh phân tử lại với nhau.
⦿ Quy tắc n+1
Nếu một nhóm nguyên tử H có n nguyên tử H hàng xóm (nằm trên nguyên tử C kề bên), thì tín hiệu của nhóm H đó sẽ bị chẻ thành n + 1 mũi (vạch).
- Hàng xóm có 0 H \to Tín hiệu chẻ thành 1 mũi ( Singlet - Mũi đơn).
- Hàng xóm có 1 H \to Tín hiệu chẻ thành 2 mũi ( Doublet - Mũi đôi).
- Hàng xóm có 2 H \to Tín hiệu chẻ thành 3 mũi ( Triplet - Mũi ba).
- Hàng xóm có 3 H \to Tín hiệu chẻ thành 4 mũi ( Quartet - Mũi tư).
① Bài mẫu · Phân tích nhóm Etyl (-CH_2-CH_3)
Đề: Phân tích sự chẻ mũi của gốc Etyl (-CH_2-CH_3) trên phổ NMR.
Phân tích:
- Xét nhóm -CH_3:
Bản thân nó có 3H (Diện tích peak tỉ lệ với 3).
Hàng xóm của nó là nhóm -CH_2- (có n = 2 H).
Theo quy tắc n+1, tín hiệu của nhóm -CH_3 sẽ bị chẻ thành 2 + 1 = 3 mũi ( Triplet ).
- Xét nhóm -CH_2-:
Bản thân nó có 2H (Diện tích peak tỉ lệ với 2).
Hàng xóm của nó là nhóm -CH_3 (có n = 3 H).
Theo quy tắc n+1, tín hiệu của nhóm -CH_2- sẽ bị chẻ thành 3 + 1 = 4 mũi ( Quartet ).
Kết luận vàng: Cứ nhìn thấy trên phổ NMR có một cụm Mũi 3 (tỉ lệ 3H) đi kèm với một cụm Mũi 4 (tỉ lệ 2H) , chắc chắn 99% phân tử đó có chứa gốc Etyl (-CH_2CH_3) !
LUKATO AI · LUKATO Edutainment
HÓA HỌC · CHỦ ĐỀ 07 · KHÁI NIỆM 5 · BÀI TẬP MẪU MS + IR · study.thptai.kr
LUKATO AI · HỌC 10 PHÚT MỖI NGÀY · Hóa Học · Chủ đề 07 · Phổ MS, IR và NMR
09 / 15
05 KHÁI NIỆM 1/2 · BÀI TẬP MẪU KẾT HỢP MS VÀ IR
Bài tập mẫu — "tìm M và nhóm chức"
Đây là dạng bài tập phổ biến nhất ở Phần II (Đúng/Sai) của đề thi THPTQG. Đề sẽ cho em phổ MS và phổ IR, yêu cầu em xác định công thức phân tử và loại hợp chất.
① Bài mẫu · Phân tích MS và IR
Đề: Hợp chất hữu cơ X (chứa C, H, O).
Phổ MS của X có peak ion phân tử [M]^+ nằm ở m/z = 60.
Phổ IR của X có một peak rất rộng lấn sang vùng 3000\ \text{cm}^{-1} (từ 2500-3300\ \text{cm}^{-1}) và một peak nhọn, sâu ở 1715\ \text{cm}^{-1}.
Hỏi X là chất nào trong các chất sau: CH_3CH_2CH_2OH, CH_3COOH, HCOOCH_3.
Hướng giải chi tiết:
- Phân tích phổ MS:
Peak [M]^+ ở m/z = 60 \Rightarrow Khối lượng mol của X là M = 60 g/mol.
Kiểm tra 3 đáp án:
CH_3CH_2CH_2OH (C_3H_8O): M = 3 \cdot 12 + 8 + 16 = 60.
CH_3COOH (C_2H_4O_2): M = 2 \cdot 12 + 4 + 32 = 60.