紅外解析實(shí)例與應(yīng)用簡(jiǎn)介

1、紅外解譜練習(xí)與應(yīng)用簡(jiǎn)介紅外解譜練習(xí)與應(yīng)用簡(jiǎn)介q 解析紅外譜圖，獲得官能團(tuán)的基本信息，推導(dǎo)未知物解析紅外譜圖，獲得官能團(tuán)的基本信息，推導(dǎo)未知物的可能結(jié)構(gòu)的可能結(jié)構(gòu) 能力目標(biāo) 認(rèn)識(shí)紅外光譜圖，分析特點(diǎn)認(rèn)識(shí)紅外光譜圖，分析特點(diǎn)橫坐標(biāo)波數(shù)，縱坐標(biāo)百分透過(guò)率橫坐標(biāo)波數(shù)，縱坐標(biāo)百分透過(guò)率 ，谷底表示吸收峰。，谷底表示吸收峰。特征區(qū)：特征區(qū)：4000-1350指紋區(qū)：指紋區(qū)： 1350 650 cm-1譜圖解析的一般程序譜圖解析的一般程序 圖解析方法：圖解析方法： 先根據(jù)分子式其不飽和度，初步判斷結(jié)構(gòu)，查看特征官能團(tuán)先根據(jù)分子式其不飽和度，初步判斷結(jié)構(gòu)，查看特征官能團(tuán)區(qū)，判斷官能團(tuán)的種類，最后查看指紋區(qū)，判

2、斷其精細(xì)結(jié)構(gòu)，確區(qū)，判斷官能團(tuán)的種類，最后查看指紋區(qū)，判斷其精細(xì)結(jié)構(gòu)，確定結(jié)構(gòu)式定結(jié)構(gòu)式注意：在解析過(guò)程中，要把注意力集中到主要基團(tuán)的相關(guān)峰上，避免孤注意：在解析過(guò)程中，要把注意力集中到主要基團(tuán)的相關(guān)峰上，避免孤立解析。立解析。 分子的不飽和度分子的不飽和度定義：定義： 不飽和度是指分子結(jié)構(gòu)中達(dá)到飽和所缺一價(jià)元素的不飽和度是指分子結(jié)構(gòu)中達(dá)到飽和所缺一價(jià)元素的“對(duì)對(duì)”數(shù)。如：乙烯變成飽和烷烴需要兩個(gè)氫原子，不飽和數(shù)。如：乙烯變成飽和烷烴需要兩個(gè)氫原子，不飽和度為度為1。計(jì)算：計(jì)算： 若分子中僅含一，二，三，四價(jià)元素（若分子中僅含一，二，三，四價(jià)元素（H，O，N，C），則可按下式進(jìn)行不飽和度的計(jì)算

3、：），則可按下式進(jìn)行不飽和度的計(jì)算： = （2 + 2n4 + n3 n1 ）/ 2 n4 ， n3 ， n1 分別為分子中四價(jià)，三價(jià)，一價(jià)元素?cái)?shù)目。分別為分子中四價(jià)，三價(jià)，一價(jià)元素?cái)?shù)目。作用：作用： 由分子的不飽和度可以推斷分子中含有雙鍵，三鍵，由分子的不飽和度可以推斷分子中含有雙鍵，三鍵，環(huán)，芳環(huán)的數(shù)目，驗(yàn)證譜圖解析的正確性。環(huán)，芳環(huán)的數(shù)目，驗(yàn)證譜圖解析的正確性。例：例： C9H8O2 = （2 +2 9 8 ）/ 2 = 61、OH 3650 3200 cm-1 確定確定 醇，酚，酸醇，酚，酸2、不飽和碳原子上的不飽和碳原子上的=CH（ CH ） 苯環(huán)上的苯環(huán)上的CH 3030 cm-1

4、 =CH 3010 2260 cm-1 CH 3300 cm-1 3、 C=O （1850 1600 cm-1 ）碳氧雙鍵的特征峰，強(qiáng)度大，）碳氧雙鍵的特征峰，強(qiáng)度大，峰尖銳。峰尖銳。4、單核芳烴單核芳烴 的的C=C鍵伸縮振動(dòng)（鍵伸縮振動(dòng)（1626 1650 cm-1 ） 主要官能團(tuán)的吸收頻率范圍主要官能團(tuán)的吸收頻率范圍 各種官能團(tuán)的吸收頻率范圍各種官能團(tuán)的吸收頻率范圍從第一區(qū)域到第四區(qū)域，從第一區(qū)域到第四區(qū)域，4000cm-1到到400cm-1各種官能團(tuán)的特征吸收頻各種官能團(tuán)的特征吸收頻率范圍。率范圍。區(qū)區(qū)域域基基 團(tuán)團(tuán)吸收頻吸收頻率率（cm-1cm-1）振動(dòng)形式振動(dòng)形式吸吸收收強(qiáng)強(qiáng)度度說(shuō)說(shuō)

5、 明明第第一一區(qū)區(qū)域域 OHOH（游離）（游離）OHOH（締合）（締合）NHNH2 2，NHNH（游離）（游離）NHNH2 2，NHNH（締合）（締合）SHSHCHCH伸縮振動(dòng)伸縮振動(dòng)不飽和不飽和CHCHCHCH（叁鍵）（叁鍵）CHCH（雙鍵）（雙鍵）苯環(huán)中苯環(huán)中CHCH飽和飽和CHCHCHCH3 3 CHCH3 3CHCH2 2CHCH2 23 6 5 0 3 6 5 0 358035803 4 0 0 3 4 0 0 320032003 5 0 0 3 5 0 0 330033003 4 0 0 3 4 0 0 310031002 6 0 0 2 6 0 0 250025003300330

6、0附近附近3 0 1 0 3 0 1 0 3040304030303030附近附近296029605 5287028701010293029305 5285028501010伸縮伸縮伸縮伸縮伸縮伸縮伸縮伸縮伸縮伸縮伸縮伸縮伸縮伸縮伸縮伸縮反對(duì)稱伸縮反對(duì)稱伸縮對(duì)稱伸縮對(duì)稱伸縮反對(duì)稱伸縮反對(duì)稱伸縮對(duì)稱伸縮對(duì)稱伸縮m m ，shshs s，b bm ms s，b bs ss ss ss ss ss ss s判斷有無(wú)醇類、酚類和有機(jī)酸的重判斷有無(wú)醇類、酚類和有機(jī)酸的重要依據(jù)要依據(jù)不飽和不飽和CHCH伸縮振動(dòng)出現(xiàn)在伸縮振動(dòng)出現(xiàn)在3000cm-3000cm-1 1以上以上末端末端CH2CH2出現(xiàn)在出現(xiàn)在3

7、085cm-13085cm-1附近附近強(qiáng)度上比飽和強(qiáng)度上比飽和CHCH稍弱，但譜帶較稍弱，但譜帶較尖銳尖銳飽和飽和CHCH伸縮振動(dòng)出現(xiàn)在伸縮振動(dòng)出現(xiàn)在3000cm-13000cm-1以下（以下（30002800cm-130002800cm-1），取代基），取代基影響較小影響較小三元環(huán)中的三元環(huán)中的CH2CH2出現(xiàn)在出現(xiàn)在3050cm-13050cm-1CHCH出現(xiàn)在出現(xiàn)在2890cm-12890cm-1，很弱，很弱第二區(qū)域CNCNNN NN CCCCC=C=CC=C=C22602220226022202310213523102135226021002260210019501950附近附近伸縮伸

8、縮伸縮伸縮伸縮伸縮伸縮伸縮s s 針針狀狀m mv vv v干擾少干擾少RCCHRCCH，2100214021002140；RRCCRCCR，2190226021902260；若；若R=RR=R，對(duì)稱分子無(wú)紅外譜帶，對(duì)稱分子無(wú)紅外譜帶 第三區(qū)域C=CC=C芳環(huán)中芳環(huán)中C=CC=CC=OC=ONONO2 2NONO2 2S=OS=O168016201680162016001600，1580158015001500，145014501850160018501600160015001600150013001250130012501220104012201040伸縮伸縮伸縮伸縮伸縮伸縮反對(duì)稱伸縮反對(duì)稱

9、伸縮對(duì)稱伸縮對(duì)稱伸縮伸縮伸縮m m，w wv vs ss ss ss s苯環(huán)的骨架振動(dòng)苯環(huán)的骨架振動(dòng)其他吸收帶干擾少，是判斷羰其他吸收帶干擾少，是判斷羰基（酮類、酸類、酯類、酸酐基（酮類、酸類、酯類、酸酐等）的特征頻率，位置變動(dòng)大等）的特征頻率，位置變動(dòng)大 各種官能團(tuán)的吸收頻率范圍各種官能團(tuán)的吸收頻率范圍四四區(qū)區(qū)域域COCOCOCCOCCHCH3 3，CHCH2 2CHCH3 3NHNH2 2CFCFCClCClCBrCBrCICI=CH=CH2 2（CHCH2 2）n,n4n,n41 3 0 0 1 3 0 0 10001000900115090011501460146010101 3 7

10、0 1 3 7 0 138013801 6 5 0 1 6 5 0 156015601 4 0 0 1 4 0 0 10001000800600800600600500600500500200500200910890910890720720伸縮伸縮伸縮伸縮CHCH3 3反對(duì)稱反對(duì)稱變形，變形，CHCH2 2變變形形對(duì)稱變形對(duì)稱變形變形變形伸縮伸縮伸縮伸縮伸縮伸縮伸縮伸縮面外搖擺面外搖擺面內(nèi)搖擺面內(nèi)搖擺s ss sm ms sm,sm,ss ss ss ss ss svCOCO鍵（酯、醚、醇類）的極性很鍵（酯、醚、醇類）的極性很強(qiáng)，故強(qiáng)度強(qiáng)，常成為譜圖中最強(qiáng)強(qiáng)，故強(qiáng)度強(qiáng)，常成為譜圖中最強(qiáng)的吸收的

11、吸收醚類中醚類中COCCOC的的asas=1100=11005050是最強(qiáng)的吸收。是最強(qiáng)的吸收。CCOCOC對(duì)稱伸縮在對(duì)稱伸縮在90010009001000，較弱，較弱大部分有機(jī)化合物都含有大部分有機(jī)化合物都含有CHCH3 3、CHCH2 2基，因此此峰經(jīng)常出現(xiàn)基，因此此峰經(jīng)常出現(xiàn) 各種官能團(tuán)的吸收頻率范圍各種官能團(tuán)的吸收頻率范圍根據(jù)特征吸收的位置，判斷可能存在的特征官能團(tuán)根據(jù)特征吸收的位置，判斷可能存在的特征官能團(tuán)圖譜解析訓(xùn)練圖譜解析訓(xùn)練1 1圖譜解析訓(xùn)練圖譜解析訓(xùn)練2 2圖譜解析訓(xùn)練圖譜解析訓(xùn)練3 3圖譜解析訓(xùn)練圖譜解析訓(xùn)練4 4例5:根據(jù)分子式和紅外光譜確定結(jié)構(gòu)式CH3CH(CH3)2例

12、6:根據(jù)分子式和紅外光譜確定結(jié)構(gòu)式CH3CHCH2CH2OHCH3例7:根據(jù)分子式和紅外光譜確定結(jié)構(gòu)式CH3CCH2CH2CH=CH2O例8. 判斷Z-3-己烯-1-醇和E-3-己烯-1-醇.EZ例9. 選擇正確答案3、紅外光譜的應(yīng)用舉例（1）已知化合物的確認(rèn)用已知物的標(biāo)準(zhǔn)樣品和待測(cè)物在相同條件下測(cè)定紅外光譜，進(jìn)行對(duì)照。例：為了確定用發(fā)酵法生產(chǎn)D-核糖的結(jié)構(gòu)，在相同的條件下，測(cè)試發(fā)酵產(chǎn)物與標(biāo)準(zhǔn)樣品的紅外光譜，其紅外光譜與標(biāo)準(zhǔn)D-核糖完全一致，可確定發(fā)酵產(chǎn)物為D-核糖。分析樣品與標(biāo)準(zhǔn)譜圖對(duì)比例：要鑒定衣服上的染料成分。檢材經(jīng)分離提純后，測(cè)得染料紅外譜圖，查閱薩特勒標(biāo)準(zhǔn)譜圖，發(fā)現(xiàn)與X1705號(hào)羅丹

13、明B的譜圖相同，因此可確定送檢衣物上的染料是羅丹明B。比較二樣品的同一性例：在保險(xiǎn)柜被砸盜竊案中，一把榔頭粘有微量該皮斑痕(檢材)，將檢材與被砸保險(xiǎn)柜的漆皮(比對(duì)物)用微量壓片法制樣并測(cè)繪其紅外譜圖，結(jié)果檢材與比對(duì)物的紅外圖完全相同，表明兩者具有相同的成分，為定案提供了物證。（2）通過(guò)基團(tuán)的特征頻率跟蹤檢測(cè)反應(yīng)歷程紅外吸收光譜可用于驗(yàn)證反應(yīng)是否朝預(yù)定方向進(jìn)行，主要是利用原料和產(chǎn)物相應(yīng)的特征峰的差別。例1：由5-硝基靛紅肟通過(guò)熱裂解反應(yīng)制備4-硝基-2-氰基苯胺：反應(yīng)原料5-硝基靛紅肟的紅外光譜在1700cm-1附近有很強(qiáng)的碳基吸收峰，而產(chǎn)物4-硝基-2-氰基苯胺在2200cm-1附近有明顯的氰

14、基峰，因此該反應(yīng)可以通過(guò)碳基的逐漸消失，氰基的逐漸形成進(jìn)行檢測(cè)。在反應(yīng)過(guò)程中可定時(shí)取少量樣品測(cè)定紅外光譜，根據(jù)其光譜圖中羰基和氰基的變化，判斷反應(yīng)的進(jìn)行程度。例紅外吸收光譜應(yīng)用舉例例2：利用紅外光譜分析聚氨酯涂料的固化過(guò)程圖(a)是聚氨酯清漆H552的原始光譜，由譜圖可以得知，其樹(shù)脂結(jié)構(gòu)中的聚合單體含有少量的苯乙烯和帶羥基的單體，702cm-1和706cm-1是苯乙烯的特征峰，3503cm-1是羥基的特征吸收蜂。圖(b)是聚氨酯涂料的固化劑多異氰酸酯，它的特征蜂在2272cm-1。圖(c)為H552清漆與固化劑混合后末固化漆膜的紅外光譜，可以發(fā)現(xiàn)固化劑中-NCO在2272cm-1的吸收峰不與清

15、漆的吸收蜂重疊，并且不受其他蜂的干擾。紅外吸收光譜應(yīng)用舉例三紅外吸收光譜應(yīng)用舉例圖(d)是末固化、固化5min和固化60min漆膜的紅外光譜?？梢钥闯?，隨著固化時(shí)間的增加，異氰酸根在2272cm-1的吸收峰和羥基在3503cm-1的吸收峰逐漸減小，而亞胺基3382cm-1的特征峰逐漸增大，說(shuō)明異氰酸根和羥基發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成氨酯鍵-NHCOO。隨著固化程度的不斷深入，異氰酸基和羥基基不斷消耗，當(dāng)異氰酸基完全消失時(shí)，漆膜就完全固化?？衫眉t外光譜考查不同固化時(shí)間的固化程度，確定了其固化條件。紅外吸收光譜應(yīng)用舉例（3）利用紅外光譜進(jìn)行產(chǎn)品純度的鑒定樣品中若含有雜質(zhì)，它的紅外譜圖與純物質(zhì)相比，會(huì)出現(xiàn)

16、多余的吸收峰，可以比較物質(zhì)提純前后的紅外光譜來(lái)了解物質(zhì)提純過(guò)程中雜質(zhì)的消除情況，以此來(lái)鑒定物質(zhì)的純凈程度。例如：二甲苯產(chǎn)品中含有鄰、間、對(duì)三種異構(gòu)體，為了得到其中對(duì)二甲苯純品，采用低溫分布結(jié)晶法提純，可用紅外光譜來(lái)鑒定分離提純的程度。如圖(a)、(b)、(c)所示。紅外吸收光譜應(yīng)用舉例(a)是第一級(jí)分離產(chǎn)物的光譜，除800cm-1附近的對(duì)二甲苯特征峰外，還有間二甲苯(770cm-1和700cm-1附近)和鄰二甲苯(750cm-1附近)的特征吸收峰。(b)是二級(jí)分離產(chǎn)物的光譜，可以看出對(duì)二甲苯的純度有所提高，但鄰位和間位的二甲苯依然存在。(c)是第三級(jí)分離產(chǎn)物的光譜，可以看出經(jīng)過(guò)多次提純后，產(chǎn)品

17、只有所得要的對(duì)二甲苯的特征峰，鄰位和間位對(duì)應(yīng)的吸收峰已消失，說(shuō)明分離已達(dá)到了一定的純度。紅外吸收光譜應(yīng)用舉例（4）利用紅外光譜對(duì)化合物進(jìn)行分析鑒定例：3,4,5-三甲氧基苯甲醛(TMB)的合成路線如下：對(duì)合成實(shí)驗(yàn)的后三步反應(yīng)可根據(jù)取代基的變化采用紅外光譜法進(jìn)行定性分析。紅外吸收光譜應(yīng)用舉例圖(a)是第三步合成中間體的紅外譜圖，反應(yīng)中苯環(huán)4-位上的二溴甲烷水解為醛，因此在特征區(qū)出現(xiàn)了位于1670cm-1的最強(qiáng)峰，應(yīng)當(dāng)是碳基的吸收峰；1800cm-1附近的兩個(gè)弱峰可視為苯環(huán)四取代的倍頻峰；3160cm-1處的中寬峰為羥基峰，其波數(shù)低移的原因是分子間形成氫鍵；2870cm-1處的弱尖峰說(shuō)明芳香醛的存

18、在，由以上分析可初步確定該步合成反應(yīng)的產(chǎn)物即3,5-二溴代-4-氧基苯甲醛。紅外吸收光譜應(yīng)用舉例圖(b)是第四步合成反應(yīng)中間體的紅外光譜，將其與圖(a)比較，可明顯看出，特征區(qū)的2850cm-1和2960cm-1兩處出現(xiàn)弱尖峰，是芳醚化合物中甲基的吸收峰；1260cm-1及l(fā)030cm-1處的吸收峰為芳醚的C-O-吸收特征峰，這幾個(gè)峰的出現(xiàn)可以說(shuō)明產(chǎn)物出現(xiàn)芳醚結(jié)構(gòu)。紅外吸收光譜應(yīng)用舉例圖(c)是該合成實(shí)驗(yàn)最終產(chǎn)物的紅外譜圖。比較圖(b)，在圖(c)中特征區(qū)的3160cm-1的中寬峰已消失，說(shuō)明產(chǎn)物中已不存在羥基；2850cm-1處吸收峰的加強(qiáng)表明產(chǎn)物中-O-CH3的相對(duì)含量增大。通過(guò)以上的譜圖分析，可以得出