红外谱图解析综述PPT课件.ppt

常用术语 1 特征峰分子中某一特定基团的某一振动方式其频率总是出现在一相对窄的区域 而分子的剩余部分对其影响较小 在不同分子中该基团振动频率基本上是相同的 这种可用于鉴定基团存在 并具有一定强度的吸收峰称为特征峰 其所在位置称为基团特征频率 例如 CH3 CH2的伸缩振动频率在3000 2800cm 1范围C O的伸缩振动频率在1800 1650cm 1范围2 相关峰一组具有相互依存关系的特征峰 例如 CH CH2的 CH2 3085cm 1 C C 1680 1620cm 1 CH 990cm 1 CH2 910cm 1用相关峰鉴定基团的存在是个较重要的原则3 特征区4000 1350cm 1高频区光谱与基团的对应关系强4 指纹区1350 400cm 1低频区光谱与基团不能一一对应其价值在于表示整个分子的特征 1 可知基团振动频率出现的位置主要取决于成键原子的折合质量 和键的力常数KX H键4000 2500cm 1叁键2400 2100cm 1双键1900 1200cm 1单键1650 500cm 1又因键的伸缩振动力常数大于变形振动力常数 因此伸缩振动在高频 变形振动在低频 通常可把4000 650cm 1的中红外区域划分成四个区域便于理解和记忆 见下图 中红外光谱区域的划分 根据分子振动方程式 2 3 1 X H键伸缩振动区 4000 2500cm 1 X为O C N S P Si等原子 1 O H和N H的伸缩振动频率游离的3600 3500cm 1附近尖峰 图5D峰1 图16B峰1 缔合的3400 3200cm 1宽大的吸收峰 图5A B C峰1 图6A B峰1 注意 OH和NH的相互干扰 伯胺和仲胺的区别 图6C D峰1 图11A B C峰1 有机酸OH和CH伸缩振动偶合引起的一系列多重峰 3200 2500cm 1 图8C峰1 图16C峰1 O H的伸缩振动可作为判断醇 酚 酸的重要依据 2 C H的伸缩振动频率饱和的C H在3000cm 1以下 3000 2700cm 1 不饱和的C H在3000cm 1以上 3300 3000cm 1 4 用3000cm 1为界限可判别化合物是饱和的还是不饱和的 饱和的 CH3 as2962cm 1 s2872cm 1CH2 as2926cm 1 s2853cm 1 图1A B C D峰1 图2A B C D峰2 CH2890cm 1 弱峰 不易观测到 但 CHO基团上的 CH在2720cm 1附近 尖锐易识别 图8B峰3 N CH3 O CH3一般在2800cm 1附近 图7A峰3 图9B峰2 不饱和的 C H 3300cm 1 图3A峰1 C H 3100cm 1 图2A B C D峰1 苯环C H 3030cm 1 图4A B C D峰1 图5A B C D峰2 3 其它 S H2600 2500cm 1弱峰 不易检别 需用Raman光谱来判断 图12D峰2 Si H2160 2110cm 1强峰 图15D峰2 P H2440 2270cm 1中强峰 图15A峰2 5 2 叁键和累积双键伸缩振动区 2500 1900cm 1 主要包括炔基 C C 腈基 C N 丙二烯基 C C C 烯酮基 C C O 异氰酸酯基 N C O等的伸缩振动 1 炔烃 R C CH单取代 C C2140 2100cm 1 图3A峰3 R C C R 双取代 C C2260 2190cm 1如果R R C C为红外非活性 图3B 2 腈基 脂肪族 C N2260 2240cm 1 针状 图3C峰2 芳香族 C N2240 2215cm 1 针状 3 异氰酸酯基 as N C O2280 2265cm 1 强 图3D峰2 s N C O 1385 弱 无实用价值 6 3 双键伸缩振动区 1900 1200cm 1 主要包括C C C O NO2 S O P O等键的伸缩振动和芳环的骨架振动等 1 烯烃 C C1680 1620cm 1 强度可变 图2A B C D峰3 共轭作用 波数偏低 强度增加 2 苯环 骨架振动在1620 1450cm 1范围内 常有四个吸收峰 1600cm 1和1500cm 1 强度可变 这二个对确定苯环结构有用 1580cm 1 较弱 但在共轭体中增强 1450cm 1 常与CH2剪式振动1470cm 1重叠 图4A B C D峰2 3 图5A B C D峰3 4 图9B峰4 5 图16A峰4 3 羰基 C O1850 1550cm 1 强 容易识别 根据C O基出现的不同位置 可判别是何种羰基化合物 如酸 酯 酮 醛 酸酐 酰胺 酰卤 羧酸盐 醌 二酰基过氧化物等等 7 饱和酯肪族C O基位置 cm 1 8 如果C O基与双键 苯环共轭 C O基的伸缩振动频率比上述相应位置要低 强度增加 在解析光谱时必须注意 图8A峰2 B峰4 C峰2 D峰1酮羰基 峰2羧酸盐羰基 图9A峰2 B峰3 C峰2 D峰3 图10A峰2 B峰1 C峰2 D峰1 图11A峰3 B峰3 C峰2酰胺谱带 图16B峰3 C峰2 4 硝基 NO2 图12A峰2 3 B峰2 3 4 C峰2 3 4 D峰3 4 脂肪族 as1565 1545 1550cm 1 强 s1385 1350 1370cm 1 强 芳香族 as1550 1500cm 1 s1365 1290cm 1比脂肪族稍低 5 S O 图13A峰3 B峰3 4 C峰1 D峰1 砜 as1350 1290cm 1 s1165 1120cm 1 强 亚砜 1070 1030cm 1 强 6 P O 图15A峰3 4 P O1300 1140cm 1 接近单键区 9 4 X Y键伸缩振动和X H键变形振动区 1650 650cm 1 X Y为除了H以外的其它原子 主要包括C O Si O C C C N C 卤素等伸缩振动和C H N H O H等的变形振动 此区域的光谱比较复杂 有些谱峰无法确定为基团频率 其主要价值在于表征整个分子的特性 指纹区 有些谱峰还是可以与结构单元对应起来的 用来判别化合物的构型和取代类型 1 C O伸缩振动 1300 1000cm 1中最强的一个或二个峰 容易检测 可用来判别醇 醚 酯 酸等的存在 图6B峰3 图7A峰5 6 B峰3 4 5 C峰5 D峰4 图9A峰5 6 B峰6 7 C峰3 D峰4 图16B峰4 C峰3 2 C 卤素伸缩振动 C F1400 1000cm 1 强 C Br600 500cm 1 可变 C Cl800 600cm 1 强 C I 500cm 1 可变 图14A B C D峰1 3 Si O Si伸缩振动 1120 1020cm 1 强 二个或多个吸收峰 图15B C峰3 D峰4 10 4 N H变形振动 伯胺基 NH2面内变形1650 1550cm 1 图6C峰3 图11A峰4 B峰4 酰胺谱带 面外变形900 650cm 1 宽大 图6C峰6 图11B峰5 仲胺基 NH面内变形弱峰 不易找到面外变形750 700cm 1 宽大 图6D峰5 图11C峰4 5 O H变形振动 缔合状态的醇类在650cm 1附近形成一个宽大的OH面外变形吸收峰 形状与NH的面外变形相近 图6B峰4 羧基上的OH面外变形振动在920cm 1附近 图8C峰3 图16C峰4 6 C H变形振动 A asCH3和 CH21460cm 1 sCH31380cm 1 图1峰2 3图2峰4 5 从1460cm 1和1380cm 1峰的相对强度可判断化合物链的长短 11 B 和非碳原子相连时 CH3和CH2的变形振动发生位移 如S CH3 O CH3 光谱解析时需注意 C 当一个C原子上存在二个CH3或三个CH3时 1380cm 1峰裂分 异丙基 sCH3裂分成1380 1370cm 1强度大约相等 图1C峰3 叔丁基 sCH3裂分成1395 m 1365 s 图1D峰3 以此可判断化合物的支化情况 D CH2 n的面外摇摆峰 n 4时出现720cm 1吸收峰 可判断是否是长链化合物 图1A B峰4 图7C峰6 D峰5 图9C峰4 D峰5 12 7 1000 650cm 1C H面外变形振动 用来确定烯烃化合物的顺反构型或苯环的取代类型 A 烯烃 CH的面外变形振动出现的位置 很大程度上取决于双键的取代情况 一般都是强吸收 13 B 苯环上H原子的面外变形吸收峰位置取决于苯环的取代类型 即与苯环上相邻H原子的数目有关 与取代基的类型基本上无关 随着邻接H原子数目的增加 C H面外变形的波数减少 如 孤氢 1 3 5取代 900 850cm 1邻接二氢 1 4取代 860 800cm 1邻接三氢 1 3取代 1 2 3取代 810 750cm 1邻接四氢 1 2取代 700 730cm 1邻接五氢 单取代 770 730cm 1710 690cm 1邻接六氢 苯 675cm 1这谱带的位置连同它在2000 1650cm 1范围出现的倍频吸收图象 为决定苯环的取代类型提供了很好的依据 见附图 注 在确定取代类型时要查阅详细数据 并配合核磁共振谱 图4A B C D峰4 图5A峰5 B峰5 6 C峰5 D峰5 图16A峰5 14 三 不饱和度的计算不饱和度表示分子结构不饱和的程度 在未知结构分析时 根据样品预测的分子式 通过元素分析或质谱得到 可以计算分子的不饱和度U 从而估计分子结构中是否会含有双键 叁键 芳香环等 这对推测分子结构非常有用 也可验证光谱解析结果的合理性 由分子式计算不饱和度U的经验公式为 式中n1 n3 n4分别为分子式中一价 三价和四价原子的数目 15 满足通式CnH2n 2的为饱和化合物 通常规定双键 C C C O等 和饱和环状结构的不饱和度为1 叁键 C C C N等 的不饱和度为2 苯环的不饱和度为4 一个环加三个双键 如果分子中有高于四价的杂原子 此计算公式不适用 此式对于稠环芳烃也不适用 16 四 未知光谱解析举例1 某未知物分子式为C10H10O4根据其红外光谱图 图16D 来推断其结构 不饱和度计算 U 4可能有苯环 红外光谱特征峰 根据3000cm 1以上 1599 7 1579 4 1488 8 746 1cm 1推断有结构存在根据1729 6 强 1291 8和1124 2cm 1及分子式中有四个O 推断有二个 COOR结构存在以上推断得到的结构为 已具有8个C 4个H 4个O 与分子式相比还少2个C 6个H 所以结构式可能为 邻苯二甲酸二甲酯用不饱和度验证 再用标准光谱核实 17 2 某未知物分子式为C8H7N 根据其红外光谱图 图16E 来推断其结构 不饱和度计算 可能有苯环 红外光谱特征峰 根据3037 1608 1508 817cm推断有根据2228cm 1推断有C N 根据1608和1508cm 1的峰都很强 并且1574cm 1肩峰也明显 说明苯环与不饱和基团或具有孤对电子的基团相互共轭 以上推断的结构为已具有7个C 4个H 1个N 根据2925 1450 1381cm 1及剩下的C H数可知有 CH3 因此结构可能为用不饱和度验证 再用标准光谱核实 18 五 参考文献1 Flett M St C CharacteristicFrequenciesofChemicalGroupsintheInfrared 1963 2 Bellany L J TheInfraredspectraofComplexMolecules Wiley N Y 1958 1969 1975 中译本 复杂分子的红外光谱 黄维恒 聂崇实译 第二版 科学出版社 1975年 3 NakanishiKoji InfraredAbsorptionSpectroscopypractical NankodoC