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文档简介

1、分子激发红外光谱分子激发红外光谱 表格:常见官能团的红外吸收频率 键型 化合物类型 吸收峰位置/cm-1 吸收强度 C-H 烷烃 29602850 强 =C-H 烯烃及芳烃 31003010 中等 C-H 炔烃 3300 强 -C-C- 烷烃 1200700 弱 -C=C- 烯烃 16801620 不定 CC 炔烃 22002100 不定 C=O 醛 17401720 强 酮 17251705 强 酸及酯 17701710 强 酰胺 16901650 强 -OH 醇及酚 36503610 不定,尖锐 氢键结合的醇及酚 34003200 强,宽 -NH2 胺 35003300 中等,双峰 C-X

2、 氯化物 750700 中等 溴化物 700500 中等 分子被激发后,分子中各个原子或基团(化学键)都会产生特征的振动,从而在特点的 位置会出现吸收,表现出振动能级。相同类型的化学键的振动都是非常接近的,总是在某一 范围内出现。 整个红外谱图可以分为两个区, 40001350区是由伸缩振动所产生的吸收带, 光谱比较 简单但具有强烈的特征性,1350650处指纹区。 通常,40002500处高波数端,有与折合质量小的氢原子相结合的官能团 O-H, N-H, C-H, S-H 键的伸缩振动吸收带,在2500-1900波数范围内常常出现力常数大的三件、累积 双键如:- CC-,- CN, -C=C

3、=C-, -C=C=O, -N=C=O 等的伸缩振动吸收带。在1900以下 的波数端有-C=C-, -C=O, -C=N-, -C=O 等的伸缩振动以及芳环的骨架振动。 1350650 指纹区处,有 C-O, C-X 的伸缩振动以及 C-C 的骨架振动,还有力常数较小的 弯曲振动产生的吸收峰, 因此光谱非常复杂。 该区域各峰的吸收位置受整体分子结构的影响 较大,分子结构稍有不同,吸收也会有细微的差别,所以指纹区对于用已知物来鉴别未知物 十分重要。 有机化学有机化合物红外吸收光谱有机化学有机化合物红外吸收光谱 伸缩振动, 面内弯曲振动, 面外弯曲振动 一、烷烃 饱和烷烃 IR 光谱主要由 C-H

4、 键的骨架振动所引起, 而其中以 C-H 键的伸缩 振动最为有用。在确定分子结构时,也常借助于 C-H 键的变形振动和 C-C 键骨 架振动吸收。烷烃有下列四种振动吸收。 1、C-H在 29752845 cm-1范围,包括甲基、亚甲基和次甲基的对称与不对称 伸缩振动 2、 C-H在 1460 cm-1和 1380 cm-1处有特征吸收, 前者归因于甲基及亚甲基 C-H 的 as,后者归因于甲基 C-H 的 s。1380 cm-1峰对结构敏感,对于识别甲基 很有用。共存基团的电负性对 1380 cm-1峰位置有影响,相邻基团电负性愈强, 愈移向高波数区,例如,在 CH3F 中此峰移至 1475

5、cm-1。 异丙基 1380 cm-1 裂分为两个强度几乎相等的两个峰 1385 cm-1、1375 cm-1 叔丁基 1380 cm-1 裂分 1395 cm-1 、1370cm-1两个峰,后者强度差不多是前 者的两倍,在 1250 cm-1、1200 cm-1附近出现两个中等强度的骨架振动。 3、C-C在 1250800 cm-1范围内,因特征性不强,用处不大。 4、C-H分子中具有(CH2)n链节,n 大于或等于 4 时,在 722 cm-1有一个 弱吸收峰,随着 CH2个数的减少,吸收峰向高波数方向位移,由此可推断分子 链的长短。 二、烯烃 烯烃中的特征峰由 C=C-H 键的伸缩振动以

6、及 C=C-H 键的变形振动所引起。 烯烃分子主要有三种特征吸收。 1、C=C-H 烯烃双键上的 C-H 键伸缩振动波数在 3000 cm-1以上,末端双键氢 在 30753090 cm-1有强峰最易识别。 2、C=C 吸收峰的位置在 16701620 cm-1。随着取代基的不同,C=C吸收峰 的位置有所不同,强度也发生变化。 3、C=C-H烯烃双键上的 C-H 键面内弯曲振动在 15001000 cm-1,对结构不敏 感,用途较少;而面外摇摆振动吸收最有用,在 1000700 cm-1范围内,该振 动对结构敏感,其吸收峰特征性明显,强度也较大,易于识别,可借以判断双键 C=CH2 取代情况和

7、构型。 RHC=CH2 995985cm-1(=CH,S) 915905 cm-1(=CH2,S) R1R2C=CH2 895885 cm-1(S) (顺)-R1CH=CHR2 690 cm-1 (反)-R1CH=CHR2 980965 cm-1(S) R1R2C=CHR3 840790cm-1 (m) 三、炔烃 在 IR 光谱中,炔烃基团很容易识别,它主要有三种特征吸收。 1、 该振动吸收非常特征,吸收峰位置在 33003310 cm-1,中等强度。 N-H值与 C-H 值相同,但前者为宽峰、后者为尖峰,易于识别。 2、 一般 键的伸缩振动吸收都较弱。一元取代炔烃 出现在 21402100

8、cm-1,二元取代炔烃在 22602190 cm-1,当两个取 代基的性质相差太大时, 炔化物极性增强, 吸收峰的强度增大。 当 处 于分子的对称中心时, 为红外非活性。 3、 炔烃变形振动发生在 680610 cm-1。 四、芳烃 芳烃的红外吸收主要为苯环上的 C-H 键及环骨架中的 C=C 键振动所引起。 芳族化合物主要有三种特征吸收。 1、Ar-H 芳环上 C-H 吸收频率在 31003000 cm-1附近,有较弱的三个峰,特征 性不强,与烯烃的 C=C-H频率相近,但烯烃的吸收峰只有一个。 2、 C=C 芳环的骨架伸缩振动正常情况下有四条谱带, 约为 1600, 1585, 1500,

9、 1450 cm-1,这是鉴定有无苯环的重要标志之一。 3、Ar-H 芳烃的 C-H 变形振动吸收出现在两处。1275960 cm-1为 Ar-H,由于 吸收较弱,易受干扰,用处较小。另一处是 900650 cm-1的 Ar-H吸收较强, 是识别苯环上取代基位置和数目的极重要的特征峰。 取代基越多, Ar-H频率越高, 见表 3-10。若在 16002000 cm-1之间有锯齿壮倍频吸收(C-H 面外和 C=C 面 内弯曲振动的倍频或组频吸收) ,是进一步确定取代苯的重要旁证。 苯 670cm-1(S) 单取代苯 770730 cm-1(VS) ,710690 cm-1(S) 1,2-二取代苯

10、 770735 cm-1(VS) 1,3-二取代苯 810750 cm-1(VS),725680 cm-1(mS) C C H C CC CRC CH C C C C CCH 1,4-二取代苯 860800 cm-1(VS) 五、卤化物 随着卤素原子的增加, C-X降低。 如 C-F (11001000 cm-1) ; C-Cl (750700 cm-1) ;C-Br(600500 cm-1) ;C-I(500200 cm-1) 。此外,C-X 吸收峰的频率 容易受到邻近基团的影响,吸收峰位置变化较大,尤其是含氟、含氯的化合物变 化更大, 而且用溶液法或液膜法测定时, 常出现不同构象引起的几个

11、伸缩吸收带。 因此 IR 光谱对含卤素有机化合物的鉴定受到一定限制。 六、醇和酚 醇和酚类化合物有相同的羟基,其特征吸收是 O-H 和 C-O 键的振动频率。 1、 O-H 一般在 36703200 cm-1区域。游离羟基吸收出现在 36403610 cm-1, 峰形尖锐,无干扰,极易识别(溶剂中微量游离水吸收位于 3710 cm-1) 。OH 是 个强极性基团,因此羟基化合物的缔合现象非常显著,羟基形成氢键的缔合峰一 般出现在 35503200 cm-1。 1,2-环戊二醇 顺式异构体 P47 0.005mol/L (CCl4) 3633 cm-1(游离) ,3572 cm-1(分子内氢键)

12、 。 0.04 mol/L (CCl4) 3633 cm-1(游离) ,3572 cm-1(分子内氢键)3500cm-1(分 子间氢键)。 2、C-O和 O-H C-O 键伸缩振动和 O-H 面内弯曲振动在 14101100 cm-1 处 有强吸收,当无其它基团干扰时,可利用 C-O的频率来了解羟基的碳链取代情 况(伯醇在 1050cm-1,仲醇在 1125cm-1,叔醇在 1200cm-1,酚在 1250cm-1) 。 七、醚和其它化合物 醚的特征吸收带是 C-O-C 不对称伸缩振动,出现在 11501060cm-1处,强 度大,C-C 骨架振动吸收也出现在此区域,但强度弱,易于识别。醇、酸

13、、酯、 内酯的 C-O吸收在此区域,故很难归属。 八、醛和酮 醛和酮的共同特点是分子结构中都含有(C=O) ,C=O在 17501680cm-1 范围内,吸收强度很大,这是鉴别羰基的最明显的依据。临近基团的性质不同, 吸收峰的位置也有所不同。羰基化合物存在下列共振结构: A B C=O 键有着双键性 强的 A 结构和单键性强的 B 结构两种结构。共轭效 应将使 C=O吸收峰向低波数一端移动, 吸电子的诱导效应使 C=O的吸收峰向高 波数方向移动。, 不饱和的羰基化合物,由于不饱和键与 C=O 的共轭,因此 C=O 键的吸收峰向低波数移动 C=O 16851665cm-1 17451725cm-

14、1 苯乙酮 对氨基苯乙酮 对硝基苯乙酮 C=O 1691cm-1 1677cm-1 1700cm-1 一般在 27002900cm-1 区域内,通常在2820 cm-1、2720 cm-1附近各 有一个中等强度的吸收峰,可以用来区别醛和酮。 九、羧酸 1、 O-H 游离的 O-H 在3550 cm-1,缔合的 O-H 在 33002500 cm-1,峰形宽 而散,强度很大。 2、 C=O 游离的 C=O 一般在1760 cm-1附近, 吸收强度比酮羰基的吸收强度大, 但由于羧酸分子中的双分子缔合,使得 C=O 的吸收峰向低波数方向移动,一般 在 17251700 cm-1,如果发生共轭,则 C

15、=O 的吸收峰移到 16901680 cm-1。 3、C-O 一般在 14401395 cm-1,吸收强度较弱。 4、O-H 一般在 1250 cm-1附近,是一强吸收峰,有时会和 C-O重合。 十、酯和内酯 1、C=O 17501735 cm-1处出现(饱和酯 C=O 位于 1740cm-1处) ,受相邻基 团的影响,吸收峰的位置会发生变化。 2、C-O 一般有两个吸收峰,13001150 cm-1,11401030 cm-1 十一、酰卤 C=O 由于卤素的吸电子作用, 使 C=O 双键性增强, 从而出现在较高波数处, 一般在1800cm-1处,如果有乙烯基或苯环与 C=O 共轭, ,会使

16、C=O变小,一 般在 17801740cm-1处。 十二、酸酐 C O X YC O X Y + - RCH=CHCOR RCHClCOR C O H 1、 C=O 由于羰基的振动偶合, 导致 C=O有两个吸收, 分别处在 18601800 cm-1 和 18001750 cm-1区域,两个峰相距 60 cm-1。 2、C-O 为一强吸收峰,开链酸酐的 C-O 在 11751045 cm-1处,环状酸酐 13101210 cm-1处。 十三、酰胺 1、C=O 酰胺的第谱带,由于氨基的影响,使得 C=O向低波数位移,伯 酰胺 16901650 cm-1,仲酰胺 16801655 cm-1,叔酰胺

17、 16701630 cm-1。 2、 N-H 一般位于 35003100 cm-1, 伯酰胺 游离位于3520 cm-1和3400 cm-1, 形成氢键而缔合的位于3350 cm-1和3180 cm-1,均呈双峰;仲酰胺 游离位 于3440 cm-1,形成氢键而缔合的位于3100 cm-1,均呈单峰;叔酰胺无此吸收 峰。 3、N-H 酰胺的第谱带,伯酰胺 N-H位于 16401600 cm-1;仲酰胺 15001530 cm-1,强度大,非常特征;叔酰胺无此吸收峰。 4、C-N 酰胺的第谱带,伯酰胺 14201400 cm-1,仲酰胺 13001260 cm-1, 叔酰胺无此吸收峰。 十四、胺

18、 1、N-H 游离位于 35003300 cm-1处,缔合的位于 35003100 cm-1处。含有 氨基的化合物无论是游离的氨基或缔合的氨基,其峰强都比缔合的 OH 峰弱,且 谱带稍尖锐一些,由于氨基形成的氢键没有羟基的氢键强,因此当氨基缔合时, 吸收峰的位置的变化不如 OH 那样显著,引起向低波数方向位移一般不大于 100cm-1。伯胺 35003300 cm-1有两个中等强度的吸收峰(对称与不对称的伸 缩振动吸收) ,仲胺在此区域只有一个吸收峰,叔胺在此区域内无吸收。 2、C-N 脂肪胺位于 12301030 cm-1处,芳香胺位于 13801250 cm-1处。 3、N-H 位于 16

19、501500 cm-1处,伯胺的 N-H吸收强度中等,仲胺的吸收强 度较弱。 4、N-H 位于 900650 cm-1处,峰形较宽,强度中等(只有伯胺有此吸收峰) 。 主要基团的红外特征吸收峰主要基团的红外特征吸收峰 基团 振动类型 波数(cm-1) 波长(m) 强 度 备 注 一、烷烃类 CH 伸 CH 伸(反 称) CH 伸(对 称) CH 弯(面内) C-C 伸 30002843 29722880 28822843 14901350 12501140 3.333.52 3.373.47 3.493.52 6.717.41 8.008.77 中 、 强 中 、 强 中 、 强 分为反称与对

20、 称 二、烯烃类 CH 伸 CC 伸 CH 弯(面内) CH 弯(面外) 单取代 双取代 顺式 反式 31003000 16951630 14301290 1010650 995985 910905 730650 980965 3.233.33 5.906.13 7.007.75 9.9015.4 10.0510.15 10.9911.05 13.7015.38 10.2010.36 中 、 弱 中 强 强 强 强 强 CCC 为 2000 1925 cm-1 三、炔烃类 CH 伸 CC 伸 CH 弯(面内) CH 弯(面外) 3300 22702100 12601245 645615 3.0

21、3 4.414.76 7.948.03 15.5016.25 中 中 强 四、取代苯类 CH 伸 泛频峰 骨架振动 ( CC ) CH 弯(面内) CH 弯(面外) 31003000 20001667 1600 20 1500 25 1580 10 1450 20 12501000 910665 3.233.33 5.006.00 6.25 0.08 6.67 0.10 6.33 0.04 6.90 0.10 8.00 10.00 10.9915.03 变 弱 强 三、四个峰,特 征 确定取代位置 单取代 邻双取代 间双取代 对双取代 1,2,3,三取代 1,3,5,三取代 1,2,4,三取代

22、 1,2,3,4 四取 代 1,2,4,5 四取 代 1, 2,3,5 四取 代 五取代 CH 弯(面外) CH 弯(面外) CH 弯(面外) CH 弯(面外) CH 弯(面外) CH 弯(面外) CH 弯(面外) CH 弯(面外) CH 弯(面外) CH 弯(面外) CH 弯(面外) 770730 770730 810750 900860 860800 810750 874835 885860 860800 860800 860800 865810 860 12.99 13.70 12.99 13.70 12.35 13.33 11.12 11.63 11.63 12.50 12.35 13

23、.33 11.44 11.98 11.30 11.63 11.63 12.50 11.63 12.50 11.63 12.50 11.56 12.35 11.63 极强 极强 极强 中 极强 强 强 中 强 强 强 强 强 五个相邻氢 四个相邻氢 三个相邻氢 一个氢(次要) 二个相邻氢 三个相邻氢与 间双易混 一个氢 一个氢 二个相邻氢 二个相邻氢 一个氢 一个氢 一个氢 五、醇类、酚类 OH 伸 OH 弯(面内) CO 伸 OH 弯(面外) 37003200 14101260 12601000 750650 2.703.13 7.097.93 7.94 10.00 13.33 15.38 变

24、 弱 强 强 液态有此峰 OH 伸缩频率 游离 OH 分子间氢键 分子内氢键 OH弯或 CO 伸 伯醇 (饱和) 仲醇 (饱和) 叔醇 (饱和) 酚类 (OH) OH 伸 OH 伸 OH 伸(单桥) OH 弯(面内) CO 伸 OH 弯(面内) CO 伸 OH 弯(面内) CO 伸 OH 弯(面内) O 伸 36503590 35003300 35703450 1400 12501000 1400 11251000 1400 12101100 13901330 12601180 2.742.79 2.863.03 2.802.90 7.14 8.00 10.00 7.14 8.89 10.00

25、 7.14 8.269.09 7.207.52 7.948.47 强 强 强 强 强 强 强 强 强 中 强 锐峰 钝峰 (稀释向低 频移动*) 钝峰 (稀释无影 响) 六、醚类 COC 伸 12701010 7.879.90 强 或标 CO 伸 脂链醚 脂环醚 芳醚 (氧与芳环相连) COC 伸 COC伸 (反称 ) COC伸 (对称 ) COC 伸(反 称) COC 伸(对 称) CH 伸 12251060 11001030 980900 12701230 10501000 2825 8.169.43 9.099.71 10.20 11.11 7.878.13 9.52 10.00 3.5

26、3 强 强 强 强 中 弱 氧与侧链碳相 连的芳醚同脂 醚 OCH3的特征 峰 七、醛类 (CHO) CH 伸 CO 伸 CH 弯(面外) 28502710 17551665 975780 3.513.69 5.706.00 10.2 12.80 弱 很强 中 一 般 2820 及 2720cm-1 两个带 饱和脂肪醛 ,-不饱和醛 芳醛 CO 伸 CO 伸 CO 伸 1725 1685 1695 5.80 5.93 5.90 强 强 强 八、酮类 OC CO 伸 CC 伸 泛频 17001630 12501030 35103390 5.786.13 8.009.70 2.852.95 极强

27、弱 很弱 脂酮 饱和链状酮 , -不饱和酮 二酮 芳酮类 ArCO CO 伸 CO 伸 CO 伸 CO 伸 CO 伸 17251705 16901675 16401540 17001630 16901680 5.805.86 5.925.97 6.106.49 5.886.14 5.925.95 强 强 强 强 强 CO 与 CC 共轭向低频移 动 谱带较宽 二芳基酮 1-酮基-2-羟基 (或氨基)芳酮 脂环酮 四环元酮 五元环酮 六元、七元环 酮 CO 伸 CO 伸 CO 伸 CO 伸 CO 伸 16701660 16651635 1775 17501740 17451725 5.996.0

28、2 6.016.12 5.63 5.715.75 5.735.80 强 强 强 强 强 九、羧酸类 (COOH) OH 伸 CO 伸 OH 弯(面内) CO 伸 OH 弯(面外) 34002500 17401650 1430 1300 950900 2.944.00 5.756.06 6.99 7.69 10.53 11.11 中 强 弱 中 弱 在稀溶液中, 单 体 酸 为 锐 峰 在3350cm-1; 二聚体为宽峰, 以 3000cm-1 为中心 脂肪酸 RCOOH , -不饱和酸 芳酸 CO 伸 CO 伸 CO 伸 17251700 17051690 17001650 5.805.88

29、5.875.91 5.886.06 强 强 强 氢键 十、酸酐 链酸酐 CO 伸(反称) CO 伸(对称) CO 伸 18501800 17801740 11701050 5.415.56 5.625.75 8.559.52 强 强 强 共轭时每个谱 带降 20 cm-1 环酸酐 (五元环) CO 伸(反称) CO 伸(对称) CO 伸 18701820 18001750 13001200 5.355.49 5.565.71 7.698.33 强 强 强 共轭时每个谱 带降 20cm-1 十一、酯类 COR O CO 伸(泛频) CO 伸 COC 伸 3450 17701720 12801100 2.90 5.655.81 7.819.09 弱 强 强 多数酯 CO 伸缩振动 正常饱和酯 , -不饱和酯 -内酯 -内酯(饱和) -内酯 CO 伸 CO 伸 CO 伸 CO 伸 CO 伸 17441739 1720 17501735 17801760 1820 5.735.75 5.81 5.715.76 5.625.68 5.50 强 强 强 强 强 十二、胺 NH 伸 NH 弯(面内) 35003300 16501550 2.863.03 6.066.45

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