有机化合物结构分析教学PPT红外光谱分析.ppt

有机化合物结构分析红外光谱解析 学习目的和要求 通过学习了解红外吸收光谱与分子结构的关系 能解析红外吸收光谱图 应当掌握 红外吸收光谱产生的条件及吸收峰的位置 峰数 峰强取决于哪些因素 2 掌握主要有机化合物的红外吸收光谱特征 吸收频率与基团的关系以及影响吸收频率的一些因素 能够确定八个主要的光谱区域 并能鉴别在这些领域里引起吸收的键振动的类型 能够利用红外吸收光谱鉴别各种异构体 并且能够解析化合物的结构 3 掌握红外吸收光谱的实验技术 红外谱图解析 红外谱图解析的基本步骤 鉴定已知化合物 1 观察特征频率区 判断官能团 以确定所属化合物的类型 2 观察指纹区 进一步确定基团的结合方式 3 对照标准谱图验证 测定未知化合物 1 准备性工作 了解试样的来源 纯度 熔点 沸点等 经元素分析确定实验式 有条件时可有ms谱测定相对分子量 确定分子式 根据分子式计算不饱和度 其经验公式为 1 n4 1 2 n3 n1 式中 代表不饱和度 n1 n3 n4分别代表分子中一价 三价和四价原子的数目 双键和饱和环状结构的 为1 三键为2 苯环为4 2 按鉴定已知化合物的程序解析谱图 谱图解析示例 1 烷烃 1 2853 2962cm 1c h伸缩振动 2 1460cm 1 1380cm 1c h ch3 ch2 面内弯曲振动3 723cm 1c h ch2 n n 4 平面摇摆振动 若n 4吸收峰将出现在734 743cm 1处 2 烯烃 1 3030cm 1 c h伸缩振动 2 c h伸缩振动 3 1625cm 1c c伸缩振动 4 c h ch3 ch2 面内弯曲振动 二者的明显差异 1 c c双键的伸缩振动吸收峰 顺式 1650cm 1 反式 与ch3 ch2的弯曲振动接近 2 c h的平面弯曲振动吸收峰位置 顺式 700cm 1 反式 965cm 1 红外吸收光谱解析顺序与原则 解析顺序与原则 遵循 先特征 区 后指纹 区 先最强 峰 后次强 峰 先粗查 后细找 先否定 后肯定 解析一组相关峰 的顺序与原则 前三项是解析应遵循的顺序 后两项是解析应遵循的原则 红外光谱解析应遵循的顺序 先粗查 后细找 先查 红外光谱的九个重要区段 及 主要基团相关图 用前者了解所查吸收峰的起源 振动类型 用后者了解此峰的相关峰 此步称为 粗查 由本书附录 主要基团的红外特征吸收频率 提供的数据 仔细核对 确定所查对的吸收峰的归属 此步称为 细找 红外光谱解析应遵循的原则 先否定 后肯定 解析一组相关峰 因为某吸收峰不存在 而否定某官能团不存在 比有某吸收峰 肯定某官能团的存在 确凿有力 因此 应先否定 后肯定 以防误认 由 一组相关峰 确定一个官能团的存在是又一重要原则 不但可防止孤立解析 而且能将未知物的红外吸收光谱上的吸收峰按相关关系分组 便于解析 一般解析数组相关峰 即可完成解析任务 红外光谱的八个峰区 重要官能团的红外特征吸收 振动 吸收峰 化合物 c h拉伸 或伸缩 c h弯曲 烷烃 2960 2850cm 1 ch2 1460cm 1 ch3 1380cm 1异丙基 两个等强度的峰三级丁基 两个不等强度的峰 振动 吸收峰 化合物 c h拉伸 或伸缩 c c c c c c c c苯环 拉伸或伸缩 c h弯曲 烯烃 1680 1620 1000 800 rch ch21645 中 r2c ch21653 中 顺rch chr1650 中 反rch chr1675 弱 3000 中 3100 3010 三取代1680 中 弱 四取代1670 弱 无 四取代无 共轭烯烃 与烯烃同 向低波数位移 变宽 与烯烃同 910 905强 995 985强 895 885强 730 650弱且宽 980 965强 840 790强 无 强 吸收峰 化合物 振动 c h拉伸 或伸缩 c c c c c c c c苯环 c h弯析 炔烃 3310 3300 一取代2140 2100弱 非对称二取代2260 2190弱 700 600 3110 3010中 1600中 670弱 倍频2000 1650 邻 770 735强 间 810 750强710 690中对 833 810强 泛频2000 1660 取代芳烃 较强 对称无 强 同芳烃 同芳烃 1580弱 1500强 1450弱 无 一取代770 730 710 690强 二取代 芳烃 类别 拉伸 说明 r x c fc clc brc i 1350 1100强750 700中700 500中610 685中 游离3650 3500缔合3400 3200宽峰 不明显 醇 酚 醚 oh c o 1200 1000 不特征 胺 rnh2r2nh 3500 3400 游离 缔合降低100 3500 3300 游离 缔合降低100 键和官能团 类别 拉伸 cm 1 说明 1770 1750 缔合时在1710 醛 酮 c o r cho 1750 1680 2720 羧酸 c o oh 酸酐 酰卤 酰胺 腈 气相在3550 液固缔合时在3000 2500 宽峰 c o c o c o c o 酯 1800 1860 18001800 1750 1735 nh2 1690 1650 3520 3380 游离 缔合降低100 c n 2260 2210 键和官能团 红外谱图解析analysisofinfraredspectrograph 1 烷烃 ch3 ch2 ch c c c h ch2 n n ch2 s1465cm 1 ch2r720cm 1 水平摇摆 重叠 a 由于支链的引入 使ch3的对称变形振动发生变化 b c c骨架振动明显 c ch2面外变形振动 ch2 n 证明长碳链的存在 n 1770 785cm 1 中 n 2740 750cm 1 中 n 3730 740cm 1 中 n 722cm 1 中强 d ch2和ch3的相对含量也可以由1460cm 1和1380cm 1的峰强度估算强度 c ch2面外变形振动 ch2 n 证明长碳链的存在 n 1770 785cm 1 中 n 2740 750cm 1 中 n 3730 740cm 1 中 n 722cm 1 中强 d ch2和ch3的相对含量也可以由1460cm 1和1380cm 1的峰强度估算强度 2 烯烃 炔烃 a c h伸缩振动 3000cm 1 b c c伸缩振动 1680 1630cm 1 1660cm 1 分界线 分界线1660cm 1 顺强 反弱 四取代 不与o n等相连 无 c c 峰 端烯的强度强 共轭使 c c 下降20 30cm 1 2140 2100cm 1 弱 2260 2190cm 1 弱 总结 c c h变形振动 1000 700cm 1 面内变形 c h 1400 1420cm 1 弱 面外变形 c h 1000 700cm 1 有价值 谱图 对比 烯烃顺反异构体 3 醇 oh o h c o a oh伸缩振动 3600cm 1 b 碳氧伸缩振动 1100cm 1 oh基团特性 双分子缔合 二聚体 3550 3450cm 1多分子缔合 多聚体 3400 3200cm 1 分子内氢键 分子间氢键 多元醇 如1 2 二醇 3600 3500cm 1螯合键 和c o no2等 3200 3500cm 1多分子缔合 多聚体 3400 3200cm 1 分子间氢键随浓度而变 而分子内氢键不随浓度而变 水 溶液 3710cm 1水 固体 3300cm 1结晶水3600 3450cm 1 3515cm 1 3640cm 1 3350cm 1 乙醇在四氯化碳中不同浓度的ir图 2950cm 1 2895cm 1 脂族和环的c o c as1150 1070cm 1 芳族和乙烯基的 c o c as1275 1200cm 1 1250cm 1 s1075 1020cm 1 4 醚 c o c 脂族r och3 s ch3 2830 2815cm 1芳族ar och3 s ch3 2850cm 1 5 醛 酮 醛 6 羧酸及其衍生物 羧酸的红外光谱图 酰胺的红外光谱图 不同酰胺吸收峰数据 酸酐和酰氯的红外光谱图 氰基化合物的红外光谱图 c n 2275 2220cm 1 硝基化合物的红外光谱图 as n o 1565 1545cm 1 s n o 1385 1350cm 1 脂肪族 芳香族 s n o 1365 1290cm 1 as n o 1550 1500cm 1 傅立叶变换红外光谱仪的原理与特点 光源发出的辐射经干涉仪转变为干涉光 通过试样后 包含的光信息需要经过数学上的傅立叶变换解析成普通的谱图 特点 1 扫描速度极快 1s 适合仪器联用 2 不需要分光 信号强 灵敏度很高 3 仪器小巧 傅里叶变换红外光谱仪结构框图 干涉仪 光源 样品室 检测器 显示器 绘图仪 计算机 干涉图 光谱图 fts 傅里叶变换红外光谱仪工作原理图 迈克尔干涉仪工作原理图 色散型红外光谱仪主要部件 1 光源能斯特灯 氧化锆 氧化钇和氧化钍烧结制成的中空或实心圆棒 直径1 3mm 长20 50mm 室温下 非导体 使用前预热到800 c 特点 发光强度大 寿命0 5 1年 硅碳棒 两端粗 中间细 直径5mm 长20 50mm 不需预热 两端需用水冷却 2 单色器光栅 傅立叶变换红外光谱仪不需要分光 3 检测器真空热电偶 不同导体构成回路时的温差电现象涂黑金箔接受红外辐射 傅立叶变换红外光谱仪采用热释电 tgs 和碲镉汞 mct 检测器 tgs 硫酸三苷肽单晶为热检测元件 极化效应与温度有关 温