紅外光譜譜圖解析課件

任務(wù)2-4

正溴丁烷的波譜解析infraredabsorptionspec-troscopy，IR2023/9/28紅外光譜譜圖解析分子中基團的振動和轉(zhuǎn)動能級躍遷產(chǎn)生：振-轉(zhuǎn)光譜概述introduction輻射→分子振動能級躍遷→紅外光譜→官能團→分子結(jié)構(gòu)近紅外區(qū)：低能電子躍遷、含氫原子團伸縮振動的合頻吸收；稀土、過渡金屬中紅外區(qū)：遠(yuǎn)紅外區(qū)：純轉(zhuǎn)動能級躍遷，變角、骨架振動；異構(gòu)體、金屬有機物、氫鍵2023/9/28紅外光譜譜圖解析一、認(rèn)識紅外光譜圖2023/9/28紅外光譜譜圖解析1、紅外光譜圖

峰強：Vs（Verystrong）：很強；s（strong）：強；m（medium）：中強；w（weak）：弱。峰形：表示形狀的為寬峰、尖峰、肩峰、雙峰等類型

2023/9/28紅外光譜譜圖解析２、為什么紅外光譜圖縱坐標(biāo)的范圍為4000~400cm-1？紅外光波波長位于可見光波和微波波長之間0.75~1000μm（1μm=10-4

cm）范圍。0.75~2.5μm為近紅外區(qū)2.5~25μm為中紅外區(qū)25~1000μm為遠(yuǎn)紅外區(qū)2.5~15.4μm的中紅外區(qū)應(yīng)用最廣由可知，2.5~15.4μm波長范圍對應(yīng)于4000cm-1~650cm-1。大多數(shù)有機化合物及許多無機化合物的化學(xué)鍵振動均落在這一區(qū)域。2023/9/28紅外光譜譜圖解析3、分子中基團的基本振動形式

basicvibrationofthegroupinmolecular（1）兩類基本振動形式伸縮振動亞甲基：變形振動亞甲基2023/9/28紅外光譜譜圖解析甲基的振動形式伸縮振動甲基：變形振動甲基對稱δs(CH3)1380㎝-1

不對稱δas(CH3)1460㎝-1對稱不對稱υs(CH3)υas(CH3)2870㎝-12960㎝-12023/9/28紅外光譜譜圖解析

二、解析紅外光譜圖2023/9/28紅外光譜譜圖解析一個未知化合物僅用紅外光譜解析結(jié)構(gòu)是十分困難的。一般在光譜解析前，要做未知物的初步分析紅外光譜譜圖的解析更帶有經(jīng)驗性、靈活性。解析主要是在掌握影響振動頻率的因素及各類化合物的紅外特征吸收譜帶的基礎(chǔ)上，按峰區(qū)分析，指認(rèn)某譜帶的可能歸屬，結(jié)合其他峰區(qū)的相關(guān)峰，確定其歸屬。在此基礎(chǔ)上，再仔細(xì)歸屬指紋區(qū)的有關(guān)譜帶，綜合分析，提出化合物的可能結(jié)構(gòu)。必要時查閱標(biāo)圖譜或與其他譜（1HNMR，13CNMR，MS）配合，確證其結(jié)構(gòu)。2023/9/28紅外光譜譜圖解析（一）了解樣品來源及測試方法要求樣品純度98%以上盡可能地從下面幾個方面詳盡了解樣品的情況：①樣品的來源——合成方法或從何種動、植物體中提取而來；②樣品的純度、顏色、氣味、沸點、熔點、折射率、樣品物態(tài)、灼燒后是否殘留灰分等；③樣品的化學(xué)性質(zhì)；④元素分析結(jié)果，相對分子質(zhì)量或質(zhì)譜提供的分子離子峰，并由此求出分子式；⑤紅外光譜測定條件和制樣方法及所用儀器分辯率。2023/9/28紅外光譜譜圖解析

定義：不飽和度是指分子結(jié)構(gòu)中達(dá)到飽和所缺一價元素的“對”數(shù)。如：乙烯變成飽和烷烴需要兩個氫原子，不飽和度為1。

計算：可按下式進行不飽和度的計算：

UN=（2+4n6+3n5

+2n4+n3–n1

）/2

n6，n5，n4，n3，n1

分別為分子中六價，五價，……，一價元素數(shù)目。

作用：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，驗證譜圖解析的正確性。例：C9H8O2

UN=（2+29

–8）/2=6（二）計算不飽和度

2023/9/28紅外光譜譜圖解析

與一定結(jié)構(gòu)單元相聯(lián)系的、在一定范圍內(nèi)出現(xiàn)的化學(xué)鍵振動頻率——基團特征頻率（特征峰）；例：2800

3000cm-1—CH3特征峰；1600

1850cm-1—C=O特征峰；基團所處化學(xué)環(huán)境不同，特征峰出現(xiàn)位置變化：—CH2—CO—CH2—1715cm-1

酮—CH2—CO—O—1735cm-1

酯—CH2—CO—NH—1680cm-1

酰胺（三）從特征頻率區(qū)中確定主要官能團取代基2023/9/28紅外光譜譜圖解析（四）從分子中減去己知基團所占用的原子，從分子的總不飽和度中扣除已知基團占用的不飽和度。根據(jù)剩余原子的種類和數(shù)目以及剩余的不飽和度，并結(jié)合紅外光譜，對剩余部分的結(jié)構(gòu)做適當(dāng)?shù)墓烙嫞ㄎ澹┨岢鼋Y(jié)構(gòu)式如果分子中的所有結(jié)構(gòu)碎片都成為已知（分子中的所有原子和不飽和度均已用完），那么就可以推導(dǎo)出分子的結(jié)構(gòu)式。在推導(dǎo)結(jié)構(gòu)式時，應(yīng)把各種可能的結(jié)構(gòu)式都推導(dǎo)出來，然后根據(jù)樣品的各種物理的、化學(xué)的性質(zhì)以及紅外光譜排除不合理的結(jié)構(gòu)。同理，在判斷某種基團不存在時也要特別小心，因為某種基團的特征振動可能是非紅外活性的，也可能因為分子結(jié)構(gòu)的原因，其特征吸收變得極弱。在判斷存在某基團時，要盡可能地找出其各種相關(guān)吸收帶，切不可僅根據(jù)某一譜帶即下該基團存在的結(jié)論。2023/9/28紅外光譜譜圖解析（六）確證解析結(jié)果按以下幾種方法驗證1、設(shè)法獲得純樣品，繪制其光譜圖進行對照，但必須考慮到樣品的處理技術(shù)與測量條件是否相同。2、若不能獲得純樣品時，可與標(biāo)準(zhǔn)光譜圖進行對照。當(dāng)譜圖上的特征吸收帶位置、形狀及強度相一致時，可以完全確證。當(dāng)然，兩圖絕對吻合不可能，但各特征吸收帶的相對強度的順序是不變的。常見的標(biāo)準(zhǔn)紅外光譜圖集有Sadtler紅外譜圖集、Coblentz學(xué)會譜圖集、API光譜圖集、DMS光譜圖集。2023/9/28紅外光譜譜圖解析1、紅外光譜信息區(qū)常見的有機化合物基團頻率出現(xiàn)的范圍：4000

670cm-1依據(jù)基團的振動形式，分為四個區(qū)：(1)4000

2500cm-1X—H伸縮振動區(qū)（X=O，N，C，S）(2)2500

2000cm-1三鍵，累積雙鍵伸縮振動區(qū)(3)2000

1500cm-1

雙鍵伸縮振動區(qū)(4)1500

670cm-1

X—Y伸縮，X—H變形振動區(qū)2023/9/28紅外光譜譜圖解析2、確定分子官能團和基團的吸收峰（1）X—H伸縮振動區(qū)（4000

2500cm-1）①—O—H3650

3200cm-1確定醇、酚、酸

在非極性溶劑中，濃度較?。ㄏ∪芤海r，峰形尖銳，強吸收；當(dāng)濃度較大時，發(fā)生締合作用，峰形較寬。注意區(qū)分—NH伸縮振動：3500

3100cm-1

2023/9/28紅外光譜譜圖解析3515cm-10．01M0．1M0．25M1．0M3640cm-13350cm-1乙醇在四氯化碳中不同濃度的IR圖2950cm-12895cm-12023/9/28紅外光譜譜圖解析③不飽和碳原子上的=C—H（

C—H

）苯環(huán)上的C—H3030cm-1

=C—H3010

2260cm-1

C—H3300

cm-1

②飽和碳原子上的—C—H3000cm-1以上—CH3

2960

cm-1反對稱伸縮振動2870

cm-1對稱伸縮振動—CH2—2930

cm-1反對稱伸縮振動2850

cm-1對稱伸縮振動—C—H2890cm-1弱吸收3000cm-1以下2023/9/28紅外光譜譜圖解析（2）叁鍵（C

C）伸縮振動區(qū)（2500

2000cm-1）在該區(qū)域出現(xiàn)的峰較少；①RCCH（2100

2140cm-1）RCCR’（2190

2260cm-1）R=R’時，無紅外活性②RCN（2100

2140cm-1）非共軛2240

2260cm-1共軛2220

2230cm-1僅含C、H、N時：峰較強、尖銳；有O原子存在時；O越靠近C

N，峰越弱；2023/9/28紅外光譜譜圖解析（3）雙鍵伸縮振動區(qū)（2000

1500

cm-1）①RC=CR’1620

1680cm-1強度弱，

R=R’（對稱）時，無紅外活性。②單核芳烴的C=C鍵伸縮振動（16261650cm-1）2023/9/28紅外光譜譜圖解析

苯衍生物的C=C

苯衍生物在1650

2000cm-1出現(xiàn)C-H和C=C鍵的面內(nèi)變形振動的泛頻吸收（強度弱），可用來判斷取代基位置。200016002023/9/28紅外光譜譜圖解析③C=O（1850

1600cm-1）碳氧雙鍵的特征峰，強度大，峰尖銳。飽和醛(酮)1740-1720cm-1；強、尖；不飽和向低波移動；醛，酮的區(qū)分？2023/9/28紅外光譜譜圖解析2023/9/28紅外光譜譜圖解析酸酐的C=O

雙吸收峰：1820～1750cm-1，兩個羰基振動偶合裂分；線性酸酐：兩吸收峰高度接近，高波數(shù)峰稍強；環(huán)形結(jié)構(gòu)：低波數(shù)峰強；2023/9/28紅外光譜譜圖解析羧酸的C=O

1820～1750cm-1，

氫鍵，二分子締合體；2023/9/28紅外光譜譜圖解析X—Y，X—H變形振動區(qū)<1500cm-1

指紋區(qū)(1350

650cm-1),較復(fù)雜。C-H，N-H的變形振動；C-O，C-X的伸縮振動;C-C骨架振動等。精細(xì)結(jié)構(gòu)的區(qū)分。順、反結(jié)構(gòu)區(qū)分；（4）確定好可能基團后，對指紋區(qū)的譜帶進行分析①C—H彎曲振動飽和C—H彎曲振動包括甲基和次甲基兩種。甲基1370~1380cm-1處，可作判斷有無甲基存在的依據(jù)。烯烴的C—H彎曲振動在1000~800cm-1范圍，可以借以鑒別各種取代類型的烯烴。芳烴的C—H彎曲振動主要是900~650cm-1處的面外彎曲振動，對確定苯的取代類型很有幫助。2023/9/28紅外光譜譜圖解析②C—O伸縮振動這類振動產(chǎn)生的吸收帶常常是該區(qū)中的最強峰。醇的C—O在1260~1000cm-1；酚的C—O1350~1200cm-1；醚的C—O在1250~1100cm-1；飽和醚常在1125cm-1出現(xiàn)；芳香醚多靠近1250cm-1。2023/9/28紅外光譜譜圖解析特征區(qū)指紋區(qū)500100015002000250030003500C-H，N-H，O-HN-HCNC=NS-HP-HN-ON-NC-FC-XO-HO-H（氫鍵）C=OC-C，C-N，C-O=C-HC-HCCC=C3、再根據(jù)譜帶的位置、強度、寬度等特征，推測官能團可能與什么取代基相連接。2023/9/28紅外光譜譜圖解析三、各類化合物的紅外光譜特征2023/9/28紅外光譜譜圖解析1、烷烴（CH3，CH2，CH）(C—C,C—H)-（CH2）n-n

δas1460cm-1

δs1380

cm-1CH3

CH2

δs1465cm-1CH2

r720cm-1（水平搖擺）重疊CH2

對稱伸縮2853cm-1±10CH3

對稱伸縮2872cm-1±10

CH2不對稱伸縮2926cm-1±10

CH3不對稱伸縮2962cm-1±10

3000cm-1

2023/9/28紅外光譜譜圖解析HC1385-1380cm-11372-1368cm-1CH3CH3CH3δs

C—C骨架振動

1:11155cm-11170cm-1CCH3CH31391-1381cm-11368-1366cm-14:51195cm-1

CCH3CH3CH31405-1385cm-11372-1365cm-11:21250cm-1a)由于支鏈的引入，使CH3的對稱變形振動發(fā)生變化。b)C—C骨架振動明顯2023/9/28紅外光譜譜圖解析c)

CH2面外變形振動—(CH2)n—，證明長碳鏈的存在。n=1770~785cm-1

（中）n=2740~750cm-1（中）n=3730~740cm-1

（中）n≥722cm-1

（中強）d)

CH2和CH3的相對含量也可以由1460cm-1和1380cm-1的峰

強度估算強度cm-1150014001300正二十八烷cm-1150014001300正十二烷cm-1150014001300正庚烷2023/9/28紅外光譜譜圖解析2023/9/28紅外光譜譜圖解析2、烯烴，炔烴伸縮振動變形振動a)C-H伸縮振動(>3000cm-1)3080cm-1

3030cm-1

3080cm-1

3030cm-1

3300cm-1

υ（C-H）3080-3030cm-1

2900-2800cm-13000cm-12023/9/28紅外光譜譜圖解析b)C=C伸縮振動(1680-1630cm-1)1660cm-1

分界線υ（C=C）反式烯三取代烯四取代烯1680-1665cm-1

弱，尖順式烯乙烯基烯亞乙烯基烯1660-1630cm-1

中強，尖2023/9/28紅外光譜譜圖解析對比烯烴順反異構(gòu)體2023/9/28紅外光譜譜圖解析ⅰ分界線1660cm-1ⅱ順強，反弱ⅲ四取代（不與O，N等相連）無υ（C=C）峰ⅳ端烯的強度強ⅴ共軛使υ（C=C）下降20-30cm-12140-2100cm-1

（弱）2260-2190cm-1

（弱）總結(jié)2023/9/28紅外光譜譜圖解析c)C-H變形振動(1000-700cm-1

)面內(nèi)變形（=C-H）1400-1420cm-1

（弱）面外變形（=C-H）1000-700cm-1

（有價值）（=C-H）970cm-1（強）

790-840cm-1

（820cm-1）

610-700cm-1（強）

2：1375-1225

cm-1（弱）

（=C-H）800-650cm-1（

690cm-1）990cm-1910

cm-1

（強）2：1850-1780

cm-1

890cm-1（強）2：1800-1780

cm-1

2023/9/28紅外光譜譜圖解析對比烯烴順反異構(gòu)體2023/9/28紅外光譜譜圖解析實例分析2023/9/28紅外光譜譜圖解析2023/9/28紅外光譜譜圖解析3、醇（—OH）

O—H，C—Oa)-OH伸縮振動(>3600cm-1)b)碳氧伸縮振動(1100cm-1)β游離醇，酚伯-OH3640cm-1仲-OH3630cm-1叔-OH3620cm-1酚-OH3610cm-1υ（—OH）

υ（C-O）

1050cm-11100cm-11150cm-11200cm-1α支化：-15cm-1α不飽和：-30cm-12023/9/28紅外光譜譜圖解析—OH基團特性雙分子締合（二聚體）3550-3450

cm-1多分子締合（多聚體）3400-3200

cm-1分子內(nèi)氫鍵：分子間氫鍵：多元醇（如1，2-二醇）3600-3500

cm-1螯合鍵（和C=O，NO2等）3200-3500

cm-1多分子締合（多聚體）3400-3200

cm-1

分子間氫鍵隨濃度而變，而分子內(nèi)氫鍵不隨濃度而變。水（溶液）3710cm-1水（固體）3300cm-1結(jié)晶水3600-3450cm-12023/9/28紅外光譜譜圖解析3515cm-10．01M0．1M0．25M1．0M3640cm-13350cm-1乙醇在四氯化碳中不同濃度的IR圖2950cm-12895

cm-12023/9/28紅外光譜譜圖解析2023/9/28紅外光譜譜圖解析2023/9/28紅外光譜譜圖解析脂族和環(huán)的C-O-C

υas

1150-1070cm-1

芳族和乙烯基的=C-O-Cυas

1275-1200cm-1（1250cm-1

）υs

1075-1020cm-14、醚（C—O—C）脂族R-OCH3

υs(CH3)2830-2815cm-1芳族Ar-OCH3

υs(CH3)~2850cm-12023/9/28紅外光譜譜圖解析5、醛、酮2023/9/28紅外光譜譜圖解析醛2023/9/28紅外光譜譜圖解析2023/9/28紅外光譜譜圖解析6、羧酸及其衍生物羧酸的紅外光譜圖2023/9/28紅外光譜譜圖解析酰胺的紅外光譜圖2023/9/28紅外光譜譜圖解析不同酰胺吸收峰數(shù)據(jù)2023/9/28紅外光譜譜圖解析酸酐和酰氯的紅外光譜圖2023/9/28紅外光譜譜圖解析氰基化合物的紅外光譜圖υC≡N=2275-2220cm-12023/9/28紅外光譜譜圖解析硝基化合物的紅外光譜圖υAS（N=O）=1565-1545cm-1υS（N=O）=1385-1350cm-1脂肪族芳香族υS（N=O）=1365-1290cm-1υAS（N=O）=1550-1500cm-12023/9/28紅外光譜譜圖解析2023/9/28紅外光譜譜圖解析

四、解析紅外光譜的要點2023/9/28紅外光譜譜圖解析1、解析紅外光譜時應(yīng)注意如下事項：（1）從高頻開始解析，預(yù)測試樣分子中可能存在的基團，然后用指紋區(qū)吸收帶進一步確證。（2）不要期望去解析譜圖中的每一個吸收帶，因為一般有機化合物譜圖吸收帶中僅有20%屬于定域振動，僅對這部分吸收峰才能作出完全的歸屬。（3）要更多的信賴否定證據(jù)，即在某一特殊區(qū)域里吸收帶不存在的信息比吸收帶存在的信息更有價值，因為任一吸收帶的產(chǎn)生，有時會有幾種可能的起源。2023/9/28紅外光譜譜圖解析（4）反復(fù)核對譜圖中符合某一結(jié)構(gòu)的證據(jù)，預(yù)測某一取代基團可能會引起振動吸收向高波數(shù)或低波數(shù)移動的大概范圍，一般報導(dǎo)的基團振動頻率區(qū)間常?？紤]到電子效應(yīng)影響的極端情況，如果無電子效應(yīng)影響時，化合物基團的振動頻率值可預(yù)測在文獻(xiàn)或手冊中引征的波數(shù)范圍中間數(shù)據(jù)。（5）處理譜圖的譜帶強度時要倍加小心，特別是將烴類化合物的數(shù)據(jù)運用于強極性化合物時更要慎重。（6）研究不同制樣技術(shù)得到的兩張譜圖之間的任何一點變化，特別是聚集態(tài)（固態(tài)或純液態(tài)）在非極性溶劑和稀溶液之間的差別，這些差別揭示了締合效應(yīng)，由此可識別出分子內(nèi)或分子間氫鍵。通常，締合效應(yīng)能引起基團伸縮振動頻率降低而變形振動頻率升高，并使吸收峰峰形明顯加寬。2023/9/28紅外光譜譜圖解析（7）懷疑試樣中含有雜質(zhì)時（譜圖中有許多中等強度吸收帶或具有肩峰的強帶），用適當(dāng)方法純化，再制譜，以得到恒定不變的譜圖。（8）在用溶液法作譜時，要識別因不合適的吸收池長度造成的死區(qū)。（9）核對儀器頻率的標(biāo)準(zhǔn)化偏差，并作必要的校正。（10）扣除樣品介質(zhì)（溶劑）或溴化鉀壓片吸潮產(chǎn)生的干擾吸收帶。2023/9/28紅外光譜譜圖解析（1）內(nèi)部因素①電子效應(yīng)a．誘導(dǎo)效應(yīng)：吸電子基團使吸收峰向高頻方向移動（蘭移）2、影響峰位變化的因素