Bulletin «Жаратылыстану-география ғылымдары» сериясы Серия «Естественно-географические науки»

ВЕСТНИК КазНПУ им Абая Серия «Естественно-географические науки» №3(49),2016 г. 
УДК 378.016:547:542.8 
Ф О Р М И Р О В А Н И Е  Н А У Ч Н О - Т Е О Р Е Т И Ч Е С К И Х  З Н А Н И Й  С Т У Д Е Н Т О В  П Р И 
И З У Ч Е Н И И  С П Е К Т Р А Л Ь Н Ы Х  М Е Т О Д О В  А Н А Л И З А  О Р Г А Н И Ч Е С К И Х 
С О Е Д И Н Е Н И Й 
Азимбаева Г.Т. - доцент., к.х.н., azimbaeva_gt@mail.ru 
Алыкпашова А.Б. - магистр химии, love_199211@mail. ru 
Казахский национальный педагогический университет имени Абая 
город Алматы, Республика Казахстан 
В данной статье показано, что формирование научно-теоретических знаний студентов при изучении 
спектральных методов анализа органических соединений - это один из эффективных методов обучения по 
дисциплинам: физико-химические методы анализа; органическая химия и химия высокомолекулярных соединений. 
Представлены результаты, благодаря которым студенты при формировании научно-теоретических знаний по 
спектральным методам анализа органических соединений, приобретают теоретические и практические навыки, 
изучают методы решения спектральных задач. При расшифровке спектра, студенты самостоятельно добывают 
необходимую им для этого информацию и самостоятельно выбирают метод решения спектральной задачи. 
Выявлено, что такая методика способствует активизации учебного процесса и развивает логическое мышление. В 
статье показано, что формирование научно-теоретических знаний по спектральным методам анализа органических 
соединений в настоящее время очень актуально. Эта методика необходима в связи отсутствия необходимого 
оборудования. Представлены результаты, что при отсутствии необходимого оборудования, студенты осваивают 
лишь отчасти теоретические знания. Решение практических задач обеспечит развитие навыков расшифровки 
спектров с целью установления структуры соединений и объяснения их химических свойств. 
В статье описывается методология проведения научно-теоретических исследований. Приводится характеристика 
основных спектральных методов: метод ультрафиолетовой спектроскопии, метод инфракрасной спектроскопии и 
ядерный магнитный резонанс. 
Представлены данные о том, что органическая химия, а так же химия высокомолекулярных соединений своим 
развитием во многом обязаны спектральным методам анализа, таким, как УФ-, ИК- и ЯМР. Умение использовать 
описанные методы будущему специалисту необходимо для овладения теоретическим материалом, пройденного в 
ВУЗе и развитию практических навыков в дальнейшей профессиональной деятельности. 
Ключевые слова: спектральные методы анализа, исследование, информационные технологии, органические 
соединения, формирование научно-теоретических знаний, задачи, активизации учебного процесса, практические 
навыки. 
Формирование научно-теоретических знаний студентов при изучении спектральных методов анализа 
органических соединений, при отсутствии необходимого оборудования в настоящее время очень 
актуально. 
Своим развитием органическая химия, а так же химия высокомолекулярных соединений во многом 
обязаны спектральным методам анализа, таким, как ультрафиолетовая, инфракрасная спектроскопия и 
ядерно-магнитный резонанс.Эти методы активно участвуют в различных стадиях получения 
органических соединений и полимерных материалов, где обычно преобладают исключительно 
химические приемы. Умение использовать описанные методы будущему специалисту необходимо для 
усвоения теоретического материала пройденного в высшем учебном заведении и развитию практических 
навыков [1]. 
Одним из эффективных методов формирования научно-теоретических знаний студентов в области 
спектральных методов анализа органических веществ является решение практических и теоретических 
задач, обеспечивающих развитие навыков расшифровки спектров с целью установления структуры 
соединений и объяснения их химических свойств. С помощью комплекса задач для закрепления 
изучаемого материала студентами, возможно достижение поставленных целей: овладеть теоретическими 
знаниями при изучении физико-химических методов исследования органических соединений; уметь 
использовать полученные знания на практике [2]. 
Современные информационные компьютерные технологии расширяют возможности, как 
преподавателя, формирующего задания, так и студентов, выполняющих их. Тем не менее, в задачу 
преподавателя в первую очередь входит правильно ориентировать студента в огромном потоке 
48 

Абай атындагы Қаз¥ПУ-нің ХАБАРШЫСЫ «Жаратылыстану - география гылымдары» сериясы №3(49), 2016 ж. 
информации во всемирной сети, правильно сформулировать задание, которое студенту предстоит 
выполнить самостоятельно. Сегодня современные информационные технологии приобретают 
первостепенное значение в образовательном процессе. Значительно возросли их образовательная и 
самообразовательная функции в школе и вузе, профессиональная значимость на рынке труда в целом. 
Таким образом, очевидна важность формирования у студентов научно-теоретических знаний в 
области спектральных методов анализа органических соединений, в связи отсутствия необходимого 
оборудования. Результаты исследования: предложенная методика преподавания достигает высокого 
уровня активизации учебного процесса, а так же углубляет теоретические знания и способствует 
развитию практических навыков [3]. 
Научно - теоретические исследования должны быть научными и творческими. Творчество - это 
создание по замыслу новых ценностей, новые открытия, изобретения, создание новой, ценной для 
человечества информации. Опровергнуть существующие или создать новые научные гипотезы, дать 
глубокое объяснения процессов или явлений, которые раньше были непонятными или слабоизученными, 
связать воедино различные явления, т.е. найти стержень изучаемого процесса, научно обобщить большое 
количество опытных данных - все это невозможно без теоретического творческого мышления. Твор¬ 
ческий процесс требует совершенствования известного решения. Когда переработка достигает границ 
определенных поставленной ранее целью, процесс оптимизации приостанавливается, создается продукт 
умственного труда. В теоретическом аспекте - это гипотеза, исследования, т.е. научное предвидение. При 
определенных условиях процесс совершенствования приводит к оригинальному теоретическому 
решению. Оригинальность проявляется в своеобразной, неповторимой точке зрения на процесс или 
явление. Творческий характер мышления при разработке теоретических аспектов научного исследования 
заключается в создании представлений воображения, т.е. новых комбинаций из известных элементов, и 
базируется на следующих приемах: сборе и обобщении информации; постоянном сопоставлении, 
сравнении, критическом осмыслении, отчетливом формулировании собственных мыслей, их письменном 
изложении; совершенствовании и оптимизации собственных положений. Такой процесс научно -
теоретического исследования имеет несколько стадий: знакомство с известными решениями, отказ от 
известных путей решения аналогичных задач, рассмотрение различных вариантов решения, решение [4]. 
Научно - теоретическое исследование представляет по существу разрыв привычных представлений и 
взгляд на явления с другой точки зрения. Собственные творческие мысли, оригинальные решения 
возникают тем чаще, чем больше сил, труда, времени затрачивается на постоянное обдумывание объекта 
исследования, чем глубже студент увлечен исследовательской работой. Успешное выполнение научно -
теоретических исследований зависит не только от кругозора и целеустремленности студента, но и от того, 
в какой мере он владеет методами дедукции и индукции. Дедуктивный - это такой способ исследования, 
при котором частные положения выводятся из общих. Индуктивный - это такой способ исследования, при 
котором частным фактам и явлениям устанавливаются общие принципы и законы. Данный способ 
широко применяют в научно - теоретических исследованиях. Так, Д.И. Менделеев, используя частные 
факты о химических элементах, сформулировал закон, известный под названием «периодический» [5]. 
Ультрафиолетовая спектроскопия (УФ-спектроскопия) - раздел оптической спектроскопии, 
включающий получение, исследование и применение спектров испускания, поглощения и отражения в 
ультрафиолетовой области, т.е. в диапазоне длин волн 10-400 нм, охватывает коротковолновую область 
спектра. В УФ-спектроскопии используют и спектры излучения, и спектры поглощения. При 
исследовании полимеров пользуются в основном спектрами поглощения. При воздействии света УФ и 
видимого диапазонов длин волн происходит возбуждение электронных оболочек молекул вещества, что 
обусловлено переходом валентных электронов, а так же неспаренных электронов из основного состояния 
в возбужденное с более высокой энергией. Это сопровождается появлением полос поглощения в спектре 
при длинах волн, соответствующих разности энергий возбужденного и невозбужденного уровней. 
Каждому электронному уровню молекулы соответствует набор колебательно-вращательных уровней. Так 
как энергия возбуждения электронных оболочек молекулы значительно больше энергии возбуждения ее 
колебаний, то переход электронов обычно сопровождается изменением колебательно-вращательного 
состояния молекулы. Поэтому молекулярно-электронные спектры жидкостей и твердых тел состоят из 
широких полос. Избирательное поглощение в УФ и видимых областях спектра характерно для 
ненасыщенных соединений. Их поглощение определяется наличием в ненасыщенных связях легко 
возбудимых п-электронов. Группы атомов, ответственные за избирательное поглощение, называют 
хромофорами. Положение полос поглощения хромофоров и их интенсивность могут значительно 
49 

ВЕСТНИК КазНПУ им Абая Серия «Естественно-географические науки» №3(49),2016 г. 
изменяться в зависимости от природы групп атомов, присоединенных к молекуле, содержащей 
хромофор, и не имеющих собственного поглощения. Такие группы называются ауксохромами [6]. 
Метод инфракрасной спектроскопии является одним из важнейших современных физических методов 
исследования органических соединений. ИК-спектры большинства органических соединений в отличие 
от УФ-спектров дают богатый набор полос поглощения, отвечающий колебаниям почти всех 
функциональных групп. Инфракрасная область в общем электромагнитном спектре занимает диапазон от 
2 до 50 мкм. 
Итак, каждая полоса в ИК - спектре характеризуется следующими параметрами: 
1. Частота колебаний в максимуме v (см
-1
). 
2. Интенсивность в максимуме £=~[ (л/моль-см). 
3. Ширина полосы Av
1/2
 обычно называется полушириной полосы поглощения и соответствует 
значению ширины полосы (см
-1
) на уровне, где In^
0
 (оптическая плотность) имеет половину величины в 
максимуме. 
4. Интегральная интенсивность (А) эквивалента заштрихованной площади кривой, вычерченной в 
координатах 8 - v (см
-1
). 
Применение колебательной спектроскопии для решения различных спектрохимических задач требует 
глубокого понимания основных закономерностей спектров. В первую очередь это касается отнесения 
полос к определенным структурным элементам молекулы и знания закономерностей изменения частот и 
интенсивностей от различных факторов. Круг вопросов, связанных с использованием ИК-спектроскопии, 
чрезвычайно широк. ИК-спектры молекул интенсивно используются для идентификации, структурно-
группового анализа, количественного анализа, для изучения внутри- и межмолекулярных взаимодей¬ 
ствий, установления конфигурации молекул, изучения кинетики реакций и т.д. [7]. 
Все рассмотренные ранее спектральные методы относились к оптическим областям спектра. Однако в 
радиоволновой области при определенных условиях можно получить информацию о тонкой структуре 
органических и биологических соединений. Из двух основных методов радиоспектроскопии -
электронного парамагнитного резонанса и ядерного магнитного резонанса - метод ЯМР нашел самое 
широкое применение для изучения структуры соединений. Несмотря на большую эффективность в 
изучении строения органических соединений, метод ЯМР не заменяет, а дополняет данные УФ-, 
ИК-спектроскопии. Спектр протонного магнитного резонанса представляет собой совокупность пиков, 
записанных на спектрограмме. Каждый пик, а иногда и совокупность пиков - это запись сигнала ядерного 
магнитного резонанса того ядра (в частности, атома водорода), на котором ведется исследование. 
Величины сигналов, значения магнитного поля, при котором они возникают (химический сдвиг), ширина 
и площадь пиков и т.д. определяются магнитными и электрическими свойствами как самих исследуемых 
ядер, так и свойствами атомов, групп атомов и молекул, окружающих эти ядра. Отсюда очевидно, что 
существует тесная связь между строением вещества и ЯМР-спектрами. Исследователю, использующему 
ядерный магнитный резонанс в своей работе при определении строения, приходится расшифровать 
спектр, чтобы получить возможно более полную информацию о соединении. На небольшом количестве 
задач трудно показать все возможности ядерного магнитного резонанса, однако решение предлагаемых 
примеров позволит познакомиться с информацией, которую могут дать спектры ЯМР [8]. 
Подбор и анализ комплекса задач, развивающих у студентов теоретические и практические навыки 
в области ИК - спектроскопии 
В настоящее время при изучении органической химии и химии ВМС широко используются данные 
физико-химических методов, применяемых химиками, важное место занимают методы УФ-, ИК-, ЯМР, 
позволяющие получить представление о молекулярной структуре соединений. Выбор методов 
исследования обусловлен как широтой их применения в практике химиков органиков для установления 
строения соединений и выяснения их физических и химических свойств, так и оснащенностью 
соответствующим оборудованием педагогических институтов. Поэтому, естественно, наибольшее 
внимание уделено методу ИК - спектроскопии. 
Задачи подобраны с учетом программы химии как школы, так и ВУЗа, чтобы дать возможность 
будущему специалисту практически использовать этот материал и показать достижения современной 
химии. 
Представлены задачи с двумя уровнями сложности. 
50 

Абай атындагы Қаз¥ПУ-нің ХАБАРШЫСЫ «Жаратылыстану - география гылымдары» сериясы №3(49), 2016 ж. 
Ответ. Анализ спектра позволяет сделать следующее отнесение полос поглощения: для 
алифатического альдегида у
с
=
о
=1732 см
-1
, для группы NO
2
 Vas = 1560 см
-1
 и v
s
=1389 см
-1
, для группы CH
2 
5=1470 см
-1
, v=850 см
-1
 связано с колебанием связи C - N. 
Более сложный вариант задачи: Более сложная задача, ее решение преследует следующие цели: 
умение логично мыслить, знать химические свойства соединений, уметь анализировать спектры 
полученных продуктов реакций. 
Задача 2. При взаимодействии 1,4-динитро-1,3-циклогексадиена со стиролом был выделен продукт 
реакции. Проследите изменения в спектре продукта реакции. 
Ответ. Из сопоставления спектров 1,4-динитро-1,3-циклогексадиена и полученного продукта видно, 
что в спектре последнего полосы поглощения нитрогруппы (v
a
^ v
s
) смещаются в более высокочастотную 
область, что является следствием того, что нитрогруппа не находится в сопряжении с п-электронами 
двойной связи. Это пример реакции диенового синтеза Дильса - Альдера с «обращенным» электронным 
характером: [9]. 
Рисунок 1- ИК - спектр к задаче 1. 
Рисунок 2- ИК - спектр к задаче 2. 
51 
Наиболее простой вариант задачи: первая задача решается с использованием нескольких физических 
методов исследования, развивается навык работы со справочными данными. 
Задача 1. Сделайте отнесение основных полос поглощения в ИК - спектре соединения, приведенном 
на рисунке, к соответствующим колебаниям групп. 

ВЕСТНИК КазНПУ им Абая Серия «Естественно-географические науки» №3(49),2016 г. 
Рисунок 3 - Ответ к задаче 2. 
1. Загвязинский В.И. Теория обучения: Современная интерпретация: Учебное пособие для вузов. 3-е изд., исп. -
М.: Академия, 2006. -192 с. 
2. Арцев М.Н. Учебно-исследовательская работа учащихся. Завуч, 2005, №6. 
3. Гавронская Ю.Ю. Интерактивное обучение химическим дисциплинам студентов педагогических вузов на 
основе компетентностного подхода. - СПб.: Изд-во РГПУ им. А.И. Герцена, 2008. - 223 с. 
4. Панина Т.С., Вавилова А.Н. Современные способы активизации обучения. - М.: Издательский центр 
«Академия». 2007. -176 с. 
5. Ministry of Education. (2011a). Chemistry for the tenth grade student. UAE. Author. 
6. Сильверстейн Р., Вебстер Ф., Кимл Д., Спектрометрическая идентификация органических соединений. -
М.:Бином. Лаборатория знаний, 2011. - 136 с. 
7. Полат Е.С. Новые педагогические и информационные технологии в системе образования: Учебное пособие. -
М. Академия, 2003. - 272 с. 
8. Cole.R.&Todd. J.B. (2003). Effects of web-based multimedia homework with immediate rich feed back on student 
learning in general chemistry. Journal of Chemical Education, 80. - 1338-1343. 
9. Пентин Ю.А., Вилков Л.В. Физические методы исследования в химии. -М.: Мир, 2009. - 156 с. 
Түйін 
Азимбаева Г.Т. - доцент, х.г.к., azimbaeva gt@mail.ru 
Алыкпашова А.Б. - химия магистрi, love 199211@mail.ru 
Абай атындагы Қазақ ұлттық педагогикалықуниверситеті 
Органикалық қосылыстардың талдау спектрлік әдістерін 
оқып-үйрену барысында студенттердің ғылыми-теориялық білімді қалыптастыруы 
Бұл мақалада органикалық қосылыстардың талдау спектрлік әдістерін зерттеу, студенттердің ғылыми-теориялық 
білімді қал^іптаст^іруын көрсетеді - бұл пәндер бойынша оқытудың ең тиімді әдістерінің бірі болып табылады: 
талдаудың физика- химиялық әдістері;органикалық химия және жоғары молекулалық химия қосылыстары. 
Органикалық қосылыстардың талдау спектрлік әдістерін ғылыми-теориялық білімді қал^іптаст^іруға байланысты 
студенттер нәтижелері, теориялық және практикалық дағдыларға ие, спектрлік проблемаларды шешу әдістерін 
үйренеді. Спектрді тарату кезінде студенттер өз еркімен ақпаратты шығарып және спектрлік мәселесін шешу 
жолдарын өздері таңдау керек. Бұл әдіс оқу үдерісін іске қосу үшін көмектеседі және логикалық ойлауды дамытады. 
Мақалада органикалық қосылыстардың талдау спектрлік әдістерін ғылыми - теориялық білімді қал^іптаст^іру, 
қазіргі таңда өте өзекті екендігін көрсетеді. Бұндай жағдайда қажетті құрал-жабдықтар болмауы қажет. Қажетті 
құрал-жабдықтар болмаған жағдайда, студенттер тек ішінара теориялық білімдерін үйренеді. Практикалық 
мәселелерді шешу жолдары қосылыстардың құрылымын аныктау және олардың химиялық қасиеттерін түсіндіру 
үшін спектрлер біліктілігін арттыру интерпретациясын камтамасыз етеді. 
Мақала ғылыгми-теориялық зерттеулер әдіснамасын сипаттайд^і. Негізгі спектрі әдістеріне тән: ультракүлгін 
спектроскопиясы, инфракызыл спектроскопия әдісі және ядролык магниттік резонанс әдісі. 
Деректер негізінен осындай ультракүлгін, инфрақызыл және ЯМР ретінде спектрлік талдау әдістері, оның дамуы 
үшін органикалық химия, сондай-ақ жоғары молекулалық қосылыстар химиясы жатады. 

жүктеу/скачать 2,17 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: