红外光谱谱图分析

1、红外光谱谱图分析红外光谱谱图分析(2)许振华许振华北京大学化学与分子工程学院北京大学化学与分子工程学院稀土材料化学与应用国家重点实验室稀土材料化学与应用国家重点实验室 北京，北京， 一谱图分析步骤（以下省略光谱中一谱图分析步骤（以下省略光谱中 cm-1 符号符号, 700 cm-1 写成写成 700） 1准备工作准备工作(包括对样品的了解包括对样品的了解) (1) 纯度纯度, 如为混合物最好分离，如为混合物最好分离， （2）外观）外观 固、固、液、气液、气. （3）来源）来源, 如反应过程产物如反应过程产物. (4)元素分析及其他物理性质，如元素分析及其他物理性质，如 沸点、熔点和沸点、熔点和

2、分子量分子量. （5）商品名称及用途）商品名称及用途. (6)高质量的光谱图高质量的光谱图.（7）其他谱学性质。）其他谱学性质。 2 初步分析初步分析 （1）若有谱库，先检索，缩小谱图分析范围。）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）特征基团频率，利用相关表(参考书参考书6)，确，确定特征基团。定特征基团。（智能型谱图解析软件）。（智能型谱图解析软件）。 （3）特征宽强峰）特征宽强峰 。 如如ArOH, ROH, RCOOH 等均有宽强峰，若等均有宽强峰，若 3100-2400 和和920附近均为宽峰，则是羧酸类。附近均为宽峰，则是羧酸类。 （4）倍频（泛频）及

3、合频特征峰）倍频（泛频）及合频特征峰 如如 2800, 2700 -CHO费米共振费米共振, 3450 为为酯类中酯类中 (C O) 的倍频。的倍频。 3验证特征基团与其他振动频率验证特征基团与其他振动频率 如有如有3300尖锐中强峰，可能为尖锐中强峰，可能为 -C CH，但，但应在应在 2100-2140有有 (C C) 弱峰及弱峰及 (C C):680和和 610。 但-C C-两侧的基团为对称，则两侧的基团为对称，则 (C C) 不不可能出现。可能出现。 4研究细则研究细则 初步确定某类化合物后，与标准谱图核对，可利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，

4、同时考虑影响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红外光谱的各种因素，如溶剂效应和取代基等影响。响。 Sadler标准谱图检索方法详见卢涌泉标准谱图检索方法详见卢涌泉使用红外使用红外光谱解析光谱解析（1989）第十章。）第十章。Aldrich FTIR谱谱图集（上、下）二册，图集（上、下）二册，Sigma FTIR谱图集一册。谱图集一册。 5计算机检索计算机检索， 分类谱库分类谱库。 (Sadler谱库谱库)北京北京微量化学研究所微量化学研究所 二二.谱图解析举例谱图解析举例1已知已知C14H14及及IR图图(图图1),推导结构式推导结构式 经验法

5、则经验法则 ：有机化合物的不饱和度用：有机化合物的不饱和度用环加双键环加双键数数r+db 表示表示 ， 计算公式为：计算公式为： r+db=(2n+2)+ t-m/2, n:4价原子数价原子数, t:3价原子数价原子数, m:1价原子数价原子数; H为为1价元素价元素, C为为 4价元素，价元素，N为为3价元素。价元素。 O和和S 均为均为 2价元素价元素,（不计入不计入环加双键数）环加双键数） C C等为等为2个双键，个双键，C O为为1个双键，个双键， 苯环苯环为为3个双键和个双键和1个环，个环，环烷烃环烷烃为一个环。为一个环。 （1）C14H14 r+db=8 （2）3060, 3040

6、, 3020芳香族芳香族, 2938 2918，2860 为脂肪族为脂肪族 （3）无）无1660, 无脂肪族的无脂肪族的 (C C) （4）有）有1600，1584，1493苯环骨架苯环骨架 伸缩伸缩 （5）2000-1660区间的峰为单取代苯区间的峰为单取代苯 特征（倍频和合频）特征（倍频和合频） （6）二个单取代苯可满足）二个单取代苯可满足r+db=8 （7）无）无 1380，无，无-CH3 （8） C14H14中二个单取代苯用去中二个单取代苯用去12个个C和和 10个个H，且无甲基，且无甲基， 剩剩2个个 C 和和4个个H ，只能为：，只能为： -CH2-CH2- （9）1452苯环骨架

7、伸缩和苯环骨架伸缩和CH2弯曲弯曲 （10） 756, 702单取代苯特征单取代苯特征 （11）如光谱图下面结构式）如光谱图下面结构式 2.已知已知C7H5NO及及IR图图(图图2) ,推导结构式推导结构式 (1) rdb=6 (2) 3100芳香族，用去芳香族，用去6个个C ，只有，只有5个个H ，可，可 能为单取代苯能为单取代苯 (3) 剩下剩下1个个C ，1个个O ，1个个N (4) 2260和和2242 为为 -N=C=O异相伸缩振动异相伸缩振动 (5) 1601,1590(shoulder)，1510苯环骨架伸缩苯环骨架伸缩 (6) 751，686 单取代苯特征（苯的单取代苯特征（苯

8、的CH 非平面非平面 变角振动）变角振动） (7)1452，1385 -N=C=O同相面内伸缩同相面内伸缩 振动振动 (8)如光谱图下面结构式如光谱图下面结构式 3.已知已知C7H9N 及及IR图图(图图3),推导结构式推导结构式 (1) ddb4 (2) 3520 3430， (NH2) 的的 as 和和 s ， 满足满足 s=345.530.876 as 1622为为 (NH2)，进一步肯定，进一步肯定， 用去用去1个个N ，2个个H (3) 3030，芳香环，用去，芳香环，用去6个个C, 满足满足r+db4, 剩下剩下1个个C和和7个个H， (4) 1442，1380为为 -CH3 （2

9、925又证），又证）， 再用去再用去1个个C ，3个个H (5) 剩下剩下4个个H能被苯用，故为双取代苯能被苯用，故为双取代苯 (6) 748，邻位取代苯特征（在，邻位取代苯特征（在770-745） (7) 1588，1494，1471苯骨架伸缩苯骨架伸缩 (8) 1303，1258 (C-N) (9) 如光谱图下面如光谱图下面 结构式结构式 4.已知已知 C7H5NO3及及IR图图(图图4),推导结构式推导结构式 (1) rdb6 (2) 3100，芳香环，芳香环 （=CH），）， 1608苯骨架伸缩苯骨架伸缩, 用去用去: 6个个 C (3) 2840， 2730 C(=O)-H中中 (C

10、H), 1708为为 C(=O)-H中的中的 (C=O) 用去：用去：1个个C, 1个个O, 1个个H , C7H5NO3剩下剩下2个个O,1个个N和和4个个H. (4) 1536，1348 为为Ar-NO2 (5) 苯可用苯可用H为为4个，故为双取代苯个，故为双取代苯 (6) 822 和和 855为对位取代苯特征（非平面为对位取代苯特征（非平面变角）变角） (7) 1201为为 C-N伸缩（伸缩（C in Ar, N in NO2） (8) 744 CNO弯曲，弯曲， (9)如光谱图下面结构式如光谱图下面结构式 5.已知已知C9H7NO 及及IR图图(图图5)，推导结构，推导结构 式式 （1

11、）rdb7 （2）3300为为 CH 中中 ( CH), 2100为为 (C C) 炔基炔基（3）3270为为 NH 仲胺仲胺 (NH)，固体状态，固体状态 （4）3040芳香族芳香族 (=CH); 1597，1495，1445苯骨架伸缩苯骨架伸缩 用去用去2个氢，个氢，6个不饱度，个不饱度，（5）1638（1657肩）肩）-C(=O)-N (H)- 中中 (C=O) 酰胺酰胺 I .不饱和度已用完，不饱和度已用完， 到此有苯环，到此有苯环， -C(=O)-N(H)-, -C H ; 一定要单取代苯，因为只剩一定要单取代苯，因为只剩5个个H （6）763，694单取代苯特征单取代苯特征 （7）

12、1533 (NH)+ (C-N) 酰胺酰胺 （1550-1510） （8）1323 (C-N)+ (NH) 酰胺酰胺 （1335-1200） （9）如光谱图下面结构式，）如光谱图下面结构式， C C 算两个双键，算两个双键，C=O 为一个双键为一个双键, 苯为苯为4个双键个双键,满足满足 rdb=7.6.已知已知 C6H8N2O2S及及IR图（图图（图6），）， 推导结构式推导结构式 （1）rdb4 （2）3470，3320，NH2 中中 (NH2) （3）3260，3200，-(O)S(O)-NH2 中的中的 (NH2); 902 (S-N) （4）1630 (NH2), 699为为 NH2

13、 面外弯曲面外弯曲 （900-650） （5）1317 as(-SO2-)（与（与 C-N重），重）， 1149 s(-SO2-)（6）1599 1504苯骨架伸缩苯骨架伸缩 ， 1097苯中苯中=CH 面内变角面内变角 八个氢中已有八个氢中已有2 个个NH2 ， 用去用去4个氢，只有个氢，只有4个氢在苯环上，个氢在苯环上， (7) 839 828对位取代苯特征对位取代苯特征 （苯中（苯中=CH面外变角）面外变角） （8）如光谱图下面结构式）如光谱图下面结构式, 满足满足rdb4。 7.已知已知IR图图 (图图7)及熔点及熔点29，推导结构式，推导结构式 (1) 3020 苯苯 (=CH)，

14、1605, 1511苯环苯环 骨架伸缩骨架伸缩 (2) 817 对位取代苯特征（对位取代苯特征（=CH 面外变角）面外变角） (3) 1380，1450，又有，又有2920，为甲基，为甲基 无无CH2, 因为无因为无785 -720 CH2 Rocking (4) 无无 (C=C) 和和 (C=O)（它们均较大超过（它们均较大超过 1600） (5) 在在1530 和和1345附近无峰，无附近无峰，无 -NO2 （6）2220 不是（不是（N=C=S，-C=C=C- ， -N=C=N-，N3-),因为它们的因为它们的 均低于均低于 2220， 也不是也不是 (C C) (较弱较弱) 因此只可能

15、因此只可能: -C N或或 -N=C=O （7）-C N（2260-2210） 和和 -N=C=O（ 2275-2250 ）但它们）但它们与与 芳香环共轭时芳香环共轭时 -C N与苯共轭降低波数，与苯共轭降低波数， 而而- N=C=O 受影响小，现为受影响小，现为2220, 故此为故此为 -C N基团基团 （8）如光谱图下面结构式）如光谱图下面结构式 8.无色似水液体，有臭味，元素分析表无色似水液体，有臭味，元素分析表明由明由C6H7NS 元素组成，已知元素组成，已知 IR谱图谱图（图（图8），请推导该化合物结构式），请推导该化合物结构式 （1）rdb4 （2）3600-3400 可能为可能为

16、NH2 和和OH， 无无O，故只能，故只能NH2的的 as 和和 s （3）3100芳香环芳香环 (=CH) （4）1605苯环骨架伸缩，与苯环骨架伸缩，与 (NH2)重重 ， 故宽峰故宽峰 1500, 1450 苯环骨架伸缩苯环骨架伸缩（5）2550, （SH）有）有-SH （6）剩下）剩下4个个H，只能双取代苯，只能双取代苯（7）750 邻位取代苯中邻位取代苯中=CH 面外变角；面外变角； NH2面外弯曲，故宽峰面外弯曲，故宽峰 （8）2800-3000无峰无峰, 无无1460和和1380， 故无故无CH2 及及CH3 等。等。 （9）如光谱图下面结构式）如光谱图下面结构式 9.请根据所给

17、质谱请根据所给质谱(图图9A,)及红外光谱图及红外光谱图(图图9B, ），推导结构式），推导结构式 (1) 从质谱图中分子离子峰的从质谱图中分子离子峰的 高分辨质谱数据高分辨质谱数据 98.19050.001 ， 由计算机检索由计算机检索 或查或查Lederberg 表（过去）得表（过去）得 C7H14rdb=1 不可能有苯环不可能有苯环图图9A9B（2） (CH)3000，故无，故无 (C=C)， 为满足为满足rdb=1 ，只能是环烷烃，只能是环烷烃 （3）有）有1380，故有，故有-CH3 ,它接在环烷烃上它接在环烷烃上?（4）基峰（）基峰（MS）69， 可能是环戊烷基，可能是环戊烷基，

18、C5H9- ，它质量数为，它质量数为69. 由质谱数据，分子由质谱数据，分子 C7H14 分子量分子量 为为98 98-69=29 它可能是它可能是 - C2H5 (乙基乙基) 环戊烷基环戊烷基(69) 乙基乙基(29) 乙基环戊烷乙基环戊烷 （ 5）如图）如图9A上结构式上结构式 10.请根据所给质谱图请根据所给质谱图(10C,下页下页)及红外及红外光谱光谱(图图10D, 次下页次下页)推导结构式推导结构式 （ 1）M/Z=120，低分辨质谱数据，低分辨质谱数据 得得 C9H12 rdb=4 （2）质谱峰）质谱峰 39，51，65，77 典型苯典型苯环类环类 ，不饱和度用完不饱和度用完。10

19、C图图10D （3）3100-3000 苯环中苯环中=CH伸缩伸缩 (=CH) , 1600，1500，1450苯环骨架伸缩苯环骨架伸缩; 760，700 单取代苯特征单取代苯特征 合频及倍频区合频及倍频区2000-1660 为单取代苯特征为单取代苯特征 (C9H12用去用去6个个C 5个个H) （4）剩下）剩下3个个C，7个个H, 两种可能两种可能 -CH2CH2CH3(A), -(CH3)C(CH3)-H (B) （5）由于）由于1380分裂为两个峰，应为分裂为两个峰，应为B （6）如图）如图10C上结构式上结构式 11.某化合物经纯化后有下列某化合物经纯化后有下列MS (图图11A) I

20、R光光谱谱(图图11B) 1HNMR (图图11c)和和13CNMR (图图11D) ，请推导它的结构式，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分子离子峰高分辨质谱数据, 由计算机检索由计算机检索C7H12O不饱和度不饱和度rdb=2 (2) rdb=2，故无苯，故无苯，IR亦证明无亦证明无3100-3000 (3) IR 强强1715峰峰, (C=O), 已用去已用去1个不饱和度个不饱和度(4)无无1675-1645, 无无C=C(且且3000以上无峰以上无峰), 只能只能环烷烃环烷烃图图11A图图11B图图11C氢谱积分面积氢谱积分面积比为比为 3

21、:1图图11D(5) IR中有中有1460, 1380，有，有 -CH3(6) 1H NMR分两组，面积比分两组，面积比3:1（9:3），），12个个H 分成两分成两组，其中三个应该来自组，其中三个应该来自-CH3 (7) 13C NMR共共7个峰，有个峰，有7个个 C不等价不等价(8) a.1H NMR 甲基为双重峰甲基为双重峰, (CH3)C(H)- b.13C NMR中只有一个峰为中只有一个峰为4 重峰重峰q (4), 故只有一个故只有一个 -CH3 , 3个个H对对C偶合偶合(n+1)=3+1=4. c.到此到此C7H12O已用去已用去3个个C，1个个O，4个个H和和2个个 (rdb)

22、不饱和度，不饱和度， 还剩还剩4个个C，8个个H.(9) 13C NMR中有中有4个峰为个峰为3重峰重峰t (3),可知有可知有4个个 -CH2- ， 2个个H对对C偶合偶合(n+1)=2+1=3. 到此得到到此得到: -C=O, (CH3)C(H)-, 4个个-CH2- 和和 一个环一个环. (10) 将上述将上述4个结果拼装起来有如下个结果拼装起来有如下A, B, C 三种三种可能可能. (C)不可能不可能, 因因(C)只可有只可有5种不同种不同13C NMR 峰，峰， 而而 图图 11D中有中有7种种13C峰，峰， 剩下（剩下（ A）和（）和（B）选谁呢）选谁呢？（10）用经验公式计算（

23、）用经验公式计算（A）和（）和（B） 数据，数据，（B）更符合实验值，此化合物应为）更符合实验值，此化合物应为（B） 表表1： 2- 和和3-甲基环己酮甲基环己酮13C的化学位移估的化学位移估 算值算值 (注注 ：表：表1图中图中1-7 为碳原子编号为碳原子编号)12某化合物没有分子离子峰，元素分析分子式某化合物没有分子离子峰，元素分析分子式 为为C5H11NO4 请根据它的请根据它的IR(图图12A),UV (图图12B) 1H NMR (图图12C) 13C NMR (图图12D) 推导可能的推导可能的 结构式结构式 （1）因为无分子离子峰，元素分析得）因为无分子离子峰，元素分析得 C5H

24、11NO4，（2）rdb=1， 没有苯环没有苯环(5个个C). （3）IR 无无C=O 和和C=C；有；有 OH 3400，1060 （一级醇）（一级醇） （4）1545 NO2- （5）UV光谱支持有光谱支持有NO2-，脂肪族硝基，脂肪族硝基 化合物一般无分子离子峰（化合物一般无分子离子峰（MS） 图图12A图图12B图图12C4组氢谱积分面积组氢谱积分面积为为 4:2:2:3图图12D (6)含有含有OH基的脂肪族硝基化合物基的脂肪族硝基化合物 由红外图由红外图(3400及及3000- 2800有峰有峰)和和UV光谱表光谱表明此化合物为明此化合物为含有含有OH基的脂肪族硝基化合物基的脂肪族硝基化合物, 11个个 H可能来自可能来自CH2,CH3和和OH. (7)化合物中的化合物中的H分分 4个组个组a1H NMR峰积分面积比为峰积分面积比为4:2:2:3,与分子式中与分子式中11个个 H 相符相符, b由由1H NMR图和峰积分面积比图和峰积分面积比4:2:2:3可知可知, 11个个 H分分4组组: 4个个H, 2个个H, 2个个H 和和3个个H(8) 2个个-CH2-OHa重水交换后重水交换后, 有一组有一组2个个H 的峰积分面积变得很小的峰积分面积变得很小, 这一组的这一组的2个个H一定来自一定来自2个个OH, 因为因为OH中的中的H易易被交换，称活泼被交换，称活泼H.