红外光谱谱图分析（题解）课件

红外光谱谱图分析,一谱图分析步骤（以下省略光谱中 cm-1 符号, 700 cm-1 写成 700） 1准备工作(包括对样品的了解) (1) 纯度, 如为混合物最好分离， （2）外观 固、液、气. （3）来源, 如反应过程产物. (4)元素分析及其他物理性质，如 沸点、熔点和分子量. （5）商品名称及用途. (6)高质量的光谱图.（7）其他谱学性质。,2 初步分析 （1）若有谱库，先检索，缩小谱图分析范围。 （2）特征基团频率，利用相关表(参考书6)，确定特征基团。（智能型谱图解析软件）。 （3）特征宽强峰 。 如ArOH, ROH, RCOOH 等均有宽强峰，若 3100-2400 和920附近均为宽峰，则是羧酸类。 （4）倍频（泛频）及合频特征峰 如 2800, 2700 -CHO费米共振, 3450 为酯类中(CO) 的倍频。,3验证特征基团与其他振动频率 如有3300尖锐中强峰，可能为 -CCH，但应在 2100-2140有 (CC) 弱峰及(CC):680和 610。 但-CC-两侧的基团为对称，则 (CC) 不可能出现。,4研究细则 初步确定某类化合物后，与标准谱图核对，可利用红外光谱谱图及数据详细指认，同时考虑影响红外光谱的各种因素，如溶剂效应和取代基等影响。 Sadler标准谱图检索方法详见卢涌泉使用红外光谱解析（1989）第十章。Aldrich FTIR谱图集（上、下）二册，Sigma FTIR谱图集一册。 5计算机检索， 分类谱库。 (Sadler谱库)北京微量化学研究所 ,二.谱图解析举例 1已知C14H14及IR图(图1),推导结构式,经验法则 ：有机化合物的不饱和度用环加双键数r+db 表示 ， 计算公式为： r+db=(2n+2)+ t-m/2, n:4价原子数, t:3价原子数, m:1价原子数; H为1价元素, C为 4价元素，N为3价元素。 O和S 均为 2价元素,（不计入环加双键数） CC等为2个双键，CO为1个双键， 苯环为3个双键和1个环，环烷烃为一个环。,（1）C14H14 r+db=8 （2）3060, 3040, 3020芳香族, 2938 2918，2860 为脂肪族 （3）无1660, 无脂肪族的(CC) （4）有1600，1584，1493苯环骨架 伸缩 （5）2000-1660区间的峰为单取代苯 特征（倍频和合频） （6）二个单取代苯可满足r+db=8,（7）无 1380，无-CH3 （8） C14H14中二个单取代苯用去12个C和 10个H，且无甲基， 剩2个 C 和4个H ，只能为： -CH2-CH2- （9）1452苯环骨架伸缩和CH2弯曲 （10） 756, 702单取代苯特征 （11）如光谱图下面结构式,2.已知C7H5NO及IR图(图2) ,推导结构式,(1) rdb=6 (2) 3100芳香族，用去6个C ，只有5个H ，可 能为单取代苯 (3) 剩下1个C ，1个O ，1个N (4) 2260和2242 为 -N=C=O异相伸缩振动 (5) 1601,1590(shoulder)，1510苯环骨架伸缩 (6) 751，686 单取代苯特征（苯的CH 非平面 变角振动）,(7)1452，1385 -N=C=O同相面内伸缩 振动 (8)如光谱图下面结构式,3.已知C7H9N 及IR图(图3),推导结构式,(1) ddb4 (2) 3520 3430， (NH2) 的as 和 s ， 满足 s=345.530.876 as 1622为 (NH2)，进一步肯定， 用去1个N ，2个H (3) 3030，芳香环，用去6个C, 满足r+db4, 剩下1个C和7个个H，,(4) 1442，1380为 -CH3 （2925又证）， 再用去1个C ，3个H (5) 剩下4个H能被苯用，故为双取代苯 (6) 748，邻位取代苯特征（在770-745） (7) 1588，1494，1471苯骨架伸缩 (8) 1303，1258 (C-N) (9) 如光谱图下面 结构式,4.已知 C7H5NO3及IR图(图4),推导结构式,(1) rdb6 (2) 3100，芳香环 （=CH）， 1608苯骨架伸缩，用去6个 C (3) 2840，2730 C(=O)-H中 (CH), 1708 C(=O)-H中 (C=O) 用去1个C，1个O，1个H ， C7H5NO3剩下2个O，1个N和4个H，,(4) 1536，1348 为Ar-NO2 (5) 苯可用H为4个，故为双取代苯 (6) 822 和 855为对位取代苯特征（非平面变角） (7) 1201为 C-N伸缩（C in Ar, N in NO2） (8) 744 CNO弯曲， (9)如光谱图下面结构式,5.已知C9H7NO 及IR图(图5)，推导结构 式,（1）rdb7 （2）3300为 CH 中 ( CH), 2100为 (CC) 炔基 （3）3270为 NH 仲胺 (NH)，固体状态 （4）3040芳香族 (=CH); 1597，1495，1445苯骨架伸缩 用去2个氢，6个不饱度，,（5）1638（1657肩）-C(=O)-N (H)- 中 (C=O) 酰胺 I .不饱和度已用完， 到此有苯环， -C(=O)-N(H)-, -CH ; 一定要单取代苯，因为只剩5个H （6）763，694单取代苯特征 （7）1533 (NH)+ (C-N) 酰胺 （1550-1510） （8）1323 (C-N)+ (NH) 酰胺 （1335-1200） （9）如光谱图下面结构式， CC 算两个双键，C=O 为一个双键, 苯为4个双键,满足 rdb=7.,6.已知 C6H8N2O2S及IR图（图6）， 推导结构式,（1）rdb4 （2）3470，3320，NH2 中 (NH2) （3）3260，3200，-(O)S(O)-NH2 中的 (NH2); 902 (S-N) （4）1630 (NH2), 699为 NH2 面外弯曲 （900-650）,（5）1317as(-SO2-)（与 C-N重）， 1149 s(-SO2-) （6）1599 1504苯骨架伸缩 ， 1097苯中=CH 面内变角 八个氢中已有2 个NH2 ， 用去4个氢，只有4个氢在苯环上， (7) 839 828对位取代苯特征 （苯中=CH面外变角） （8）如光谱图下面结构式, 满足rdb4。,7.已知IR图 (图7)及熔点29，推导结构式,(1) 3020 苯 (=CH)， 1605, 1511苯环 骨架伸缩 (2) 817 对位取代苯特征（=CH 面外变角） (3) 1380，1450，又有2920，为甲基 无CH2, 因为无785 -720 CH2 Rocking (4) 无 (C=C) 和 (C=O)（它们均超过 1600） (5) 在1530 和1345附近无峰，无 -NO2,（6）2220 不是（N=C=S，-C=C=C- ， -N=C=N-，N3-),因为它们的 均低于 2220， 也不是 (CC) (较弱) 因此只可能: -CN或 -N=C=O （7）-CN（2260-2210） 和 -N=C=O（ 2275-2250 ）而且与 芳香环共轭时 -CN与苯共轭降低波数， 而- N=C=O 不受影响，现为2220, 故此为 -CN基团 （8）如光谱图下面结构式,8.无色似水液体，有臭味，元素分析表明由C6H7NS 元素组成，已知 IR谱图（图8），请推导该化合物结构式,（1）rdb4 （2）3600-3400 可能为NH2 和OH， 无O，故只能NH2的as 和 s （3）3100芳香环 (=CH),（4）1605苯环骨架伸缩，与 (NH2)重 ， 故宽峰 1500, 1450 苯环骨架伸缩 （5）2550, （SH）有-SH （6）剩下4个H，只能双取代苯 （7）750 邻位取代苯中=CH 面外变角； NH2面外弯曲，故宽峰 （8）2800-3000无峰, 无1460和1380， 故无CH2 及CH3 等。 （9）如光谱图下面结构式,9.请根据所给质谱(图9A,)及红外光谱图(图9B, ），推导结构式,(1) 从质谱图中分子离子峰的 高分辨质谱数据 98.19050.001 ， 由计算机检索 或查Lederberg 表得 C7H14rdb=1 不可能有苯环,图9A,9B,（2）(CH)3000，故无 (C=C)， 为满足rdb=1 ，只能是环烷烃 （3）有1380，故有-CH3 （4）基峰（MS）69， 可能是环戊烷基 ， 分子 C7H14 分子量 为98 98-69=29 它可能是 - C2H5 (乙基) 环戊烷基(69) 乙基(29) 乙基环戊烷 （ 5）如图9A上结构式,10.请根据所给质谱图(10C,下页)及红外光谱(图10D, 次下页)推导结构式,（ 1）M/Z=120，低分辨质谱数据 得 C9H12 rdb=4 （2）质谱峰 39，51，65，77 典型苯环类 ，不饱和度用完。,10C,图10D,（3）3100-3000 苯环中=CH伸缩 (=CH) , 1600，1500，1450苯环骨架伸缩; 760，700 单取代苯特征 合频及倍频区2000-1600 为单取代苯特征 (C9H12用去6个C 5个H) （4）剩下3个C，7个H, 两种可能 -CH2CH2CH3(A), -(CH3)C(CH3)-H (B) （5）由于1380分裂为两个峰，应为B （6）如图10C上结构式,11.某化合物经纯化后有下列MS (图11A) IR光谱(图11B) 1HNMR (图11c)和13CNMR (图11D) ，请推导它的结构式,(1) M/Z=112 .00889 分子离子峰高分辨质谱数据, 由计算机检索C7H12O不饱和度rdb=2 (2) rdb=2，故无苯，IR亦证明无3100-3000 (3) IR 强1715峰, (C=O), 已用去1个不饱和度 (4)无1675-1645, 无C=C(且3000以上无峰), 只能环烷烃,图11A,图11B,图11C,图11D,(5) IR中有1460, 1380，有 -CH3 (6) 1H NMR分两组，面积比3:1（9:3），12个H 分成两组，其中三个应该来自-CH3 (7) 13C NMR共7个峰，有7个 C不等价 (8) a.1H NMR 甲基为双重峰, (CH3)C(H)- b.13C NMR中只有一个峰为4 重峰q (4), 故只有一个 -CH3 , 3个H对C偶合(n+1)=3+1=4. c.到此C7H12O已用去3个C，1个O，4个H和2个 (rdb)不饱和度， 还剩4个C，8个H. (9) 13C NMR中有4个峰为3重峰t (3),可知有4个 -CH2- ， 2个H对C偶合(n+1)=2+1=3. 到此得到: -C=O, (CH3)C(H)-, 4个-CH2- 和 一个环.,(10) 将上述4个结果拼装起来有如下A, B, C 三种可能. (C)不可能, 因(C)只可有5种不同13C NMR 峰， 而 图 11D中有7种13C峰， 剩下（ A）和（B）选谁呢？,（10）用经验公式计算（A）和（B） 数据，（B）更符合实验值，此化合物应为 （B） 表1： 2- 和3-甲基环己酮13C的化学位移估 算值 (注 ：表1图中1-7 为碳原子编号),12某化合物没有分子离子峰，元素分析分子式 为C5H11NO4 请根据它的IR(图12A),UV (图12B) 1H NMR (图12C) 13C NMR (图12D) 推导可能的 结构式,（1）因为无分子离子峰，元素分析得 C5H11NO4， （2）rdb=1， 没有苯环和双键. （3）IR 无C=O；有 OH 3400，1060 （一级醇） （4）1545 NO2- （5）UV光谱支持有NO2-，脂肪族硝基 化合物一般无分子离子峰（MS）,图12A,图12B,图12C 4组氢谱积分面积 为 4:2:2:3,图12D,(6)含有OH基的脂肪族硝基化合物 由红外图(3400及3000- 2800有峰)和UV光谱表明此化合物为含有OH基的脂肪族硝基化合物, 11个 H可能来自CH2,CH3和OH. (7)化合物中的H分 4个组 a1H NMR峰积分面积比为4:2:2:3,与分子式中11个 H 相符, b由1H NMR图和峰积分面积比4:2:2:3可知, 11个 H分4组: 4个H, 2个H, 2个H 和3个H (8) 2个-CH2-OH a重水交换后, 有一组2个H 的峰积分面积变得很小, 这一组的2个H一定来自2个OH, 因为OH中的H易被交换，称活泼H.,b13C NMR最强峰显示有2个等价的3(t)重峰，它也表明有2个C等价的-CH2 -,(t=21). c2个C等价的-CH2 - 的1H NMR有8重峰，重水交换掉OH上的H后，变为4重峰，它表明 2个OH分别与2个-CH2 直接相连，有2个-CH2-OH. d IR 中的1060谱带是一级醇的碳氧伸缩振动 (C-O)， 一个-CH2 上只1个OH. e 4个H在没有偶合的情况下仍有4个峰，说明4个 H不等价，也表明-(H) C(H)- 中C两侧的H 不等 价，故-CH2- 为AB 体系, -CH2-OH中OH的H 对 -CH2-偶合出H的4重峰， 2个-CH2OH偶合出8重(1H NMR峰)，重水交换后回到4重峰.