红外光谱在有机物结构测定中的应用.pdf

红外光谱在有机物结构测定中的应用红外光谱在有机物结构测定中的应用红外光谱在有机物结构测定中的应用红外光谱在有机物结构测定中的应用 同一种有机官能团，可能出现在不同的化合物中 ，尽管如此，其吸收频率总是出现在图谱中的一定区 域内，这表明某些官能团有比较固定的吸收频率，可 以作为鉴定官能团的依据。因此，把这些吸收频率称 为相应官能团的 同一种有机官能团，可能出现在不同的化合物中 ，尽管如此，其吸收频率总是出现在图谱中的一定区 域内，这表明某些官能团有比较固定的吸收频率，可 以作为鉴定官能团的依据。因此，把这些吸收频率称 为相应官能团的特征频率特征频率特征频率特征频率或或特征吸收谱带特征吸收谱带特征吸收谱带特征吸收谱带。 所有的有机物都有其特征的红外光谱。根据红外 光谱图中吸收峰的 。 所有的有机物都有其特征的红外光谱。根据红外 光谱图中吸收峰的位置位置、强度强度以及以及形状形状可以判断化合 物中是否存在某些官能团，并进而根据其它测定结果 推断未知物的结构。 可以判断化合 物中是否存在某些官能团，并进而根据其它测定结果 推断未知物的结构。 各类官能团的红外吸收特征频率各类官能团的红外吸收特征频率各类官能团的红外吸收特征频率各类官能团的红外吸收特征频率 (1)(1)特征频率区（官能团区特征频率区（官能团区特征频率区（官能团区特征频率区（官能团区） 官能团的特征吸收谱带大多出现的区域：官能团的特征吸收谱带大多出现的区域：40001500cm-1， 主要包括含氢基团和重键原子的伸缩振动谱带。谱带较稀疏， 但对确定分子中官能团的存在有重要的作用。 ， 主要包括含氢基团和重键原子的伸缩振动谱带。谱带较稀疏， 但对确定分子中官能团的存在有重要的作用。 例：例： 2800 3000 cm-1CH3特征峰；特征峰； 1600 1850 cm-1 C=O 特征峰； 基团所处化学环境不同，特征峰出现位置变化： 特征峰； 基团所处化学环境不同，特征峰出现位置变化： CH2COCH21715 cm-1 酮酮 CH2COO1735 cm-1 酯酯 CH2CONH1680 cm-1 酰胺酰胺 (2)(2)指纹区指纹区指纹区指纹区 1500cm-1的频率区域，主要是各种单键 的伸缩振动与各种弯曲振动吸收区。虽然指纹区谱带 短数目多，一般难以分清各个谱带的归属，但谱带的 形状受分子结构的影响很大，可以反映出分子结构上 的微小差别，除对映异构体外，每种化合物都会有些 不同，就如同人的指纹一样。这对用已知物鉴别未知 物非常重要。 的频率区域，主要是各种单键 的伸缩振动与各种弯曲振动吸收区。虽然指纹区谱带 短数目多，一般难以分清各个谱带的归属，但谱带的 形状受分子结构的影响很大，可以反映出分子结构上 的微小差别，除对映异构体外，每种化合物都会有些 不同，就如同人的指纹一样。这对用已知物鉴别未知 物非常重要。 (3)(3)相关峰相关峰相关峰相关峰每个官能团都有几种振动方式 ，能产生红外吸收光谱的每种振动一般产生一 个相应的吸收峰。习惯上把这些相互依存又可 相互佐证的吸收峰，称为 每个官能团都有几种振动方式 ，能产生红外吸收光谱的每种振动一般产生一 个相应的吸收峰。习惯上把这些相互依存又可 相互佐证的吸收峰，称为相关峰相关峰相关峰相关峰。 例如 。 例如CH3的相关峰为 伸缩振动： 的相关峰为 伸缩振动：as as 2960cm-1 -1 s s2870cm-1 -1 面内弯曲振动：面内弯曲振动：1470cm-1 -1 和和1380cm-1 -1 3.3 分子结构与吸收峰分子结构与吸收峰 molecular structure and absorption peaks 1 XH伸缩振动区（伸缩振动区（4000 2500 cm-1 ） （1）OH 3650 3200 cm-1 确定 醇、酚、酸确定 醇、酚、酸 在非极性溶剂中，浓度较小（稀溶液）时，峰形尖锐，强 吸收；当浓度较大时，发生缔合作用，峰形较宽。 注意区分 NH伸缩振动： 3500 3100 cm-1 （3）不饱和碳原子上的）不饱和碳原子上的=CH（ CH ） 苯环上的CH 3030 cm-1 =CH 3010 2260 cm-1 CH 3300 cm-1 （2）饱和碳原子上的）饱和碳原子上的CH 3000 cm-1 以上 CH32960 cm-1 反对称伸缩振动 2870 cm-1 对称伸缩振动 CH22930 cm-1 反对称伸缩振动 2850 cm-1 对称伸缩振动 CH 2890 cm-1 弱吸收 3000 cm-1 以下 2叁键（叁键（C C）伸缩振动区）伸缩振动区 （2500 2000 cm-1 ） 在该区域出现的峰较少； （ 在该区域出现的峰较少； （1）RC CH （2100 2140 cm-1 ） RC CR （ （2190 2260 cm-1 ） R=R 时，无红外活性 （ 时，无红外活性 （2）RC N （2100 2140 cm-1 ） 非共轭 ） 非共轭2240 2260 cm-1 共轭共轭2220 2230 cm-1 仅含仅含C、H、N时：峰较强、尖锐； 有 时：峰较强、尖锐； 有O原子存在时；原子存在时；O越靠近越靠近C N，峰越弱； （ ，峰越弱； （3）B-H，P-H，I-H，As-H，Si-H等键的伸缩振动吸收谱带等键的伸缩振动吸收谱带 3 双键伸缩振动区（双键伸缩振动区（ 2000 1500 cm-1） （1） RC=CR1620 1680 cm-1 强度弱，强度弱，R=R（对称）时，无红外活性。 （ （对称）时，无红外活性。 （2）单核芳烃 的）单核芳烃 的C=C键伸缩振动（键伸缩振动（1626 1650 cm-1 ） 苯衍生物的苯衍生物的C=C 苯衍生物在苯衍生物在 1650 2000 cm-1 出现出现 C-H和和C=C键的面内变 形振动的泛频吸收（强度弱），可用来判断取代基位置。 键的面内变 形振动的泛频吸收（强度弱），可用来判断取代基位置。 20001600 （3）C=O （1850 1600 cm-1 ） 碳氧双键的特征峰，强度大，峰尖锐。碳氧双键的特征峰，强度大，峰尖锐。 饱和醛饱和醛(酮酮)1740-1720 cm-1 ；强、尖；不饱和向低波移动；强、尖；不饱和向低波移动； 醛，酮的区分？醛，酮的区分？ 酸酐的酸酐的C=O 双吸收峰：18201750 cm-1 ，两个羰基振动耦合裂分； 线性酸酐：两吸收峰高度接近，高波数峰稍强； 环形结构：低波数峰强； 羧酸的羧酸的C=O 18201750 cm-1 ， 氢键，二分子缔合体； 4. XY，XH 变形振动区变形振动区 1500 cm-1 指纹区指纹区(1500 400 cm-1 ) ,较复杂。较复杂。 C-H，N-H的变形振动；的变形振动； C-O，C-X的伸缩振动；的伸缩振动； C-C骨架振动等。精细结构的区分。 顺、反结构区分； 骨架振动等。精细结构的区分。 顺、反结构区分； 常见基团的红外吸收带常见基团的红外吸收带 2011/6/714 2011/6/715 2011/6/716 2011/6/717 2011/6/718 2011/6/719 3.4 各种化合物的红外光谱特征 饱和烃 不饱和烃 醇、酚和醚 含羰基化合物 含氮化合物 其他含杂原子有机化合物 金属有机化合物 高分子化合物 无机化合物 一一、红外谱图解析、红外谱图解析 analysis of infrared spectrograph 1烷烃1烷烃 （CH3，CH2，CH）(CC,CH ) -（CH2）n- n4 as as1460 1460 cm-1 s s13801380 cm-1 CH3 CH2s s14651465 cm-1 CH2r r 720 cm720 cm-1 -1（水平摇摆） 重 叠 重 叠 CH2对称伸缩2853cm-110 CH3对称伸缩2872cm-110 CH2不对称伸缩2926cm-110 CH3不对称伸缩2962cm-110 3000cm-1 H C1385-1380cm-1 1372-1368cm-1 CH 3 CH 3 CH3 s s C CC骨架振动C骨架振动 1:1 1155cm 1:1 1155cm-1 -1 1170cm1170cm-1 -1 C CH 3 CH 3 1391-1381cm-1 1368-1366cm-1 4:5 1195 cm 4:5 1195 cm-1 -1 C CH 3 CH 3 CH 3 1405-1385cm-1 1372-1365cm-1 1:2 1250 cm 1:2 1250 cm-1 -1 a)由于支链的引入，使由于支链的引入，使CH3的对称变形振动发生变化。 b)C 的对称变形振动发生变化。 b)CC骨架振动明显C骨架振动明显 c) CH2面外变形振动面外变形振动(CH2)n n，证明长碳链的存在。，证明长碳链的存在。 n=1 770785 cmcm-1 -1 （中 ）n=2 740 750 cmcm-1 -1 （中 ） n=3 730 740 cmcm-1 -1 （中 ）n4722 cmcm-1 -1 （中强 ） d) CH2和和CH3的相对含量也可以由的相对含量也可以由1460 cmcm-1 -1和1380 cm 和1380 cm-1 -1的峰 强度估算强度 的峰 强度估算强度 cmcm-1 -1 15001400 1300 正二十八 烷 正二十八 烷 cmcm-1 -1 150014001300 正十二 烷 正十二 烷 cmcm-1 -1 1500 1400 1300 正庚烷正庚烷 正辛烷的红外光谱图正辛烷的红外光谱图正辛烷的红外光谱图正辛烷的红外光谱图 1. CH 2和和3. CH 4. 4个个CH2成直链，面内摇摆振动成直链，面内摇摆振动 3 3- -甲基戊烷的红外光谱图甲基戊烷的红外光谱图甲基戊烷的红外光谱图甲基戊烷的红外光谱图 30002800cm- -1 CH 775 cm-1 1461cm- -1 (CH2)n (n4) 1380cm- -1(无裂分无裂分) CH 环己烷 正己烷的红外光谱图 2，2，4-三甲基戊烷的红外光谱图 不饱和烃 烯烃 炔烃 芳香烃 烯烃双键的特征吸收 影响双键碳碳伸缩振动吸收影响双键碳碳伸缩振动吸收(1600-1680cm-1)的因素的因素 对称性对称性：对称性越高，吸收强度越低。 取代基取代基：与吸电子基团（氯、溴、碘）相连， 振动波数下降（氟则相反）。 取代基的质量效应取代基的质量效应：双键上的氢被氘取代后， 波数下降10-20厘米-1。 共轭效应共轭效应：使波数下降约30厘米-1。 谱图谱图 烯烃类型烯烃类型CH面外弯曲振动吸收位置 （ 面外弯曲振动吸收位置 （cm-1） R1CH=CH2995-985，910-905 R1R2C=CH2895-885 R1CH=CHR2(顺顺)730-650 R1CH=CHR2(反）反）980-965 R1R2C=CHR3840-790 =C-H的面外弯曲振动的面外弯曲振动 对判断双键的取代类型有用 对比对比 烯烃顺反异构体烯烃顺反异构体 图 顺式和反式图 顺式和反式2，2，5，5四甲基己烯红外光谱四甲基己烯红外光谱 a 顺式顺式 b 反式反式 共轭二烯烃共轭二烯烃共轭二烯烃共轭二烯烃 C=C 向低波数方向移动，在向低波数方向移动，在 1600cm- -1区域； 如果分子不对称，则由于两个双键的振动偶 合，在 区域； 如果分子不对称，则由于两个双键的振动偶 合，在1650cm- -1还能看到另一个峰。 共轭链峰宽度 还能看到另一个峰。 共轭链峰宽度 脂环烃脂环烃脂环烃脂环烃 脂环烃与开链烃脂环烃与开链烃IR区别不大，但如果环的 形状使链发生扭曲， 区别不大，但如果环的 形状使链发生扭曲，CH的吸收位置移向高波 数。例如，环丙烷 的吸收位置移向高波 数。例如，环丙烷=CH在在3050cm- -1区域。区域。 环己烯红外光谱图环己烯红外光谱图环己烯红外光谱图环己烯红外光谱图 =CH ：3030cm- -1 C=C ： ： 1658cm- -1 面外弯曲振动：面外弯曲振动：715cm- -1，顺式取代，顺式取代 丙二烯类 两个双键共用中间碳原子，耦合强烈，两个双键共用中间碳原子，耦合强烈，两个双键共用中间碳原子，耦合强烈，两个双键共用中间碳原子，耦合强烈，1600160016001600厘米厘米厘米厘米 - - - -1 1 1 1 无吸无吸无吸无吸 收，在收，在收，在收，在2000200020002000- - - -1915191519151915厘米厘米厘米厘米 - - - -1 1 1 1 和和和和1100110011001100- - - -1000100010001000厘米厘米厘米厘米 - - - -1 1 1 1 附近有不对附近有不对附近有不对附近有不对 称和对称伸缩振动，两峰相距称和对称伸缩振动，两峰相距称和对称伸缩振动，两峰相距称和对称伸缩振动，两峰相距900900900900厘米厘米厘米厘米 - - - -1 1 1 1 ，前者为中强，前者为中强，前者为中强，前者为中强 峰，后者为弱峰。峰，后者为弱峰。峰，后者为弱峰。峰，后者为弱峰。 炔烃化合物 炔键炔键炔键炔键C C C C- - - -H H H H伸缩振动伸缩振动伸缩振动伸缩振动：3340334033403340- - - -3300330033003300厘米厘米厘米厘米 - - - -1 1 1 1 ，波数高，波数高，波数高，波数高 于烯烃和芳香烃，峰形尖锐。于烯烃和芳香烃，峰形尖锐。于烯烃和芳香烃，峰形尖锐。于烯烃和芳香烃，峰形尖锐。 C C C C- - - -C C C C叁键伸缩振动：叁键伸缩振动：叁键伸缩振动：叁键伸缩振动：2100210021002100厘米厘米厘米厘米 - - - -1 1 1 1 ，峰形尖锐，峰形尖锐，峰形尖锐，峰形尖锐， 强度中到弱。干扰少，位置特征。末端炔基该强度中到弱。干扰少，位置特征。末端炔基该强度中到弱。干扰少，位置特征。末端炔基该强度中到弱。干扰少，位置特征。末端炔基该 吸收强。分子对称性强时，该吸收较弱。吸收强。分子对称性强时，该吸收较弱。吸收强。分子对称性强时，该吸收较弱。吸收强。分子对称性强时，该吸收较弱。 腈类化合物，腈类化合物，腈类化合物，腈类化合物，C C C C- - - -N N N N叁键伸缩振动出现在叁键伸缩振动出现在叁键伸缩振动出现在叁键伸缩振动出现在2300230023002300- - - - 2220222022202220厘米厘米厘米厘米 - - - -1 1 1 1 ，波数比炔烃略高，吸收强度大。，波数比炔烃略高，吸收强度大。，波数比炔烃略高，吸收强度大。，波数比炔烃略高，吸收强度大。 3340cm-1：叁键：叁键CH伸缩振动，伸缩振动，3020cm-1: 苯环苯环=CH伸缩振动伸缩振动 2115cm-1: C=C三键伸缩振动三键伸缩振动 苯基乙炔苯基乙炔 1 1- -辛炔的红外光谱图辛炔的红外光谱图辛炔的红外光谱图辛炔的红外光谱图 1. CH2. C C 3. CH面外弯曲面外弯曲 正丁腈 分界线1660cmcm-1 -1 顺强，反弱 四取代（不与O，N等相连）无（C=C） （C=C）峰 端烯的强度强 共轭使（C=C） （C=C）下降20-30 cm cm-1 -1 CCRH CCR2R1 C C C C 2140-2100cmcm-1 -1 （弱）（弱） 2260-2190 cmcm-1 -1 （弱）（弱） 总结总结 芳香烃芳香烃 振动类型振动类型波数（波数（cm-1）说明说明 芳环芳环C-H伸缩振 动 伸缩振 动 305050强度不定强度不定 骨架振动骨架振动1600，1500， 1580（共轭）（共轭） 峰形尖锐，