红外光谱必备知识Word文件下载.docx
- 文档编号:16613760
- 上传时间:2022-11-24
- 格式:DOCX
- 页数:17
- 大小:74.85KB
红外光谱必备知识Word文件下载.docx
《红外光谱必备知识Word文件下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《红外光谱必备知识Word文件下载.docx(17页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
当物质分子中某个基团的振动频率和红外光的频率一样时,分子就要吸收
能量,从原来的振动能级跃迁到能量较高的振动能级,将分子吸收红外光的情况用仪器记录,
就得到红外光谱图。
5、红外光谱表示方法:
(1)红外光谱图
红外光谱图以透光率T%为纵坐标,表示吸收强度,以波长l(mm)或波数s(cm-1)为横坐标,表示吸收峰的位置,现主要以波数作横坐标。
波数是频率的一种表示方法(表示每
厘米长的光波中波的数目)。
通过吸收峰的位置、相对强度及峰的形状提供化合物结构信息,其中以吸收峰的位置最为重要。
(2)将吸收峰以文字形式表示:
如下图可表示为,3525cm-1(m),3097cm-1(m),1637cm-1(s)。
这种方法指出了吸收峰的归属,带有图谱解析的作用。
第二节各类化合物的红外光谱特征
有机化合物的数目非常大,但组成有机化合物的常见元素只有10种左右,组成有机
化合物的结构单元即称为基团的原子组合数目约有几十种。
根据上述讨论,基团的振动频率
主要取决于组成基团原子质量(即原子种类)和化学键力常数(即化学键的种类)。
一般来
说,组成分子的各种基团如C-H、C-N、C=C、C=O、C-X等都有特定的红外吸收区域
(特征吸收峰),根据特征吸收峰可以推断物质的结构。
所以,有必要对各类有机化合物的光谱特征加以总结。
一、烷烃
烷烃中只有C-H键组成的C-H,CH2,CH3基团,纯烷烃的吸收峰只有C-H的伸缩、
弯曲振动和C-C骨架振动。
1、VC-H烷烃的C-H伸缩振动频率
一般不超过3000cm-1,甲基和亚甲基的C-H伸缩分别有对称和不对称振动相应出现四个吸收峰,甲基的C-H伸缩振动,对称的出现在2872cm-1,不对称的出现在2962cm-1;
亚甲基的对称出现在2853cm-1,不对称的出现在2926cm-1。
一般不对称的吸收强度稍强,在高分辨的红外仪(光栅型),可以在2853-2962cm-1处,清楚地观察到这四个峰,而在低分辨的仪器中,两两重叠只能看到两个峰。
如下图:
注意:
环丙烷的VC-H移向高频,出现在3080-3040cm-1(S)
叔C-H的伸缩吸收很弱,(2890cm-1左右)通常消失在其它脂肪族的C-H吸收中,对于鉴定分析用途不大。
2、SC-H:
C-H弯曲振动
在1460cm-1和1380cm-1处有特征吸收,前者归于甲基及次甲基的不对称SC-H,后者
归于甲基的SS1380cm-1峰对结构非常敏感,对于识别甲基很有用。
(1)孤立甲基在1380cm-1附近出现单峰,其强度对分子中甲基数目的增多而增强,
(2)偕二甲基-CH(CH3)2此峰变为双峰(1391-1380cm-1(S)和1372-1365cm-1(S)),而且两个峰的强度大约相等。
1380cm-1附近出现双峰是验证分子中有偕二甲基的根据,(必须注意:
环己烷醇、甾体和二萜类含有的乙酰氧基-00C-CH3,其中甲基在1380-1365cm-1出现双峰,不要误认为分子中有异丙基)。
(3)叔丁基1380cm-1的峰也分裂为双峰,但这两个峰一强一弱(1380cm-1为弱峰,1365cm-1峰为强峰),足以与偕二甲基区分。
(4)当化合物具有四个以上邻接的CH2基团时,几乎总是在(715-725,通常在720cm-1处)有谱带(CH2面内摇摆),它在鉴别上是有用的。
3、C-C骨架振动在1250-800cm-1范围,因特征性不强用途不大。
总结:
dC-H1460,1380cm-1
孤立的甲基-CH31380单峰
C(CH3)21380双峰,强度1:
1(1391-1380cm-1,1372-1365cm-1)
—C(CH3)31380双峰,强度1:
2(低频率为高频率峰强度的2倍)(1380cm-1
为弱峰,1365cm-1峰为强峰)
当化合物具有四个以上邻接的CH2基团时,几乎总是在(715-725,通常在720cm-1处)有谱带(CH2以内摇摆),它在鉴别上是有用的。
二、烯烃
烯烃分子有三类特征吸收峰(v=C-H、vC=C、S=C-H)
1、v=C-H
(包括苯环的C-H、环丙烷的C-H)在3000cm-1以上,苯出现在3010-3100cm-1的范围内,在甲基及亚甲基伸缩振动大峰左侧出现一个小峰,这是识别不饱和化合物的一个有效特征吸收。
2、vC=C
孤立烯烃双键的伸缩振动吸收位置在1680-1600cm-1,其强度和位置决定于双键碳原子取代基数目及其性质。
分子对称性越高,吸收峰越弱。
如果有四个取代烷基时,常常不能看到它的吸收峰,一元取代烯RCH=CH2和偏二取代烯R2C=CH2的vC=C强于三元取
代烯R2C=CHR和四元取代烯R2C=CH2;
顺式强于反式,末端双键强于链中双键。
(1)C5以上无张力环烯的vC=C与开链烯的频率相同,环张力愈大,vC=C环内愈低,但环外双键vC=C愈高。
(2)在共轭体系中,由于共轭使键趋于平均化,而使C=C的力常数降低,伸缩振动向低波移,例如C=C-C=C中,C=C吸收移至1600cm-1区域,由于两个C=C的振动偶合.在1650cm-1有时还能看到另一个峰,但1600cm-1的峰是鉴定共轭双键的特征峰。
3SC-H
面内变形振动在1500-1000cm-1,结构不敏感,也不特征,用途不大。
面外弯曲振动在
1000-700cm-1,对结构敏感,对不同类型的烯烃有其特征吸收,而且比较固定,可以借以判断双键取代情况和构型很有用,如:
在四氯化碳溶液中位于3320-3310cm-1,强峰,固体或液体时在3300-3250cm-1。
峰形较窄,易于OH和NH区别开。
2、S三C-H
三C-H的面外弯曲振动通常在900-610cm-1出现一宽的谱带,有时在1375-1225cm-1处,出现它的倍频峰,此峰也很宽,但很弱。
3、vC=C
碳碳叁键的力常数比碳碳双键的高得多,所以C-C的伸缩振动出现在高波数区域。
一
般一元取代炔烃RC三CH的vC三C在2140-2100cm-1,二元取代炔烃在RC三CR1的vC三C在2260-2190cm-1,乙炔和二取代乙炔因分子对称,没有VC三C的吸收峰。
所以看不
到vC三C的谱带,不一定表示没有C三C。
四、芳香烃的红外光谱
芳香族化合物有三种特征吸收带:
即苯环上的芳氢伸缩振动,面外弯曲振动和骨架振动。
1、芳环上的vC-H
3010-3080cm-1(m)
2、芳环的骨架伸缩振动vC-C
1650-1450cm-1(m)出现2〜4个吸收峰,由于芳环为一共轭体系,其C=C伸缩振动频
率位于双键区的低频一端,往往1500cm-1附近的吸收峰比1600cm-1强。
3、芳环的面外弯曲振动(g=C-H)
在650-900cm-1,这一区域的吸收峰位置与芳环上取代基性质无关,而与芳环上相连H的
个数有关,相连H越多,g=C-H振动频率愈低,吸收强度越大.
五、醇和酚
羟基化合物有三个特征吸收带,即vO-H,vC-O,SO-H。
1、vO-H
游离的醇和酚的vO-H在3700-3500cm-1以内(峰尖、强),缔和的羟基在3500-3200cm-1以内峰形强而宽。
大部分是以氢键缔和的形式存在,只有在气相和非极性溶剂中,很稀的溶液内减少分子间氢键,出现游离的vO-H吸收带,分子间氢键与溶液浓度有关,形成分子内氢键的与浓度无关,但频率更低,例如水杨醛、邻硝基苯酚、邻羟基苯乙酮等。
它们VO-H
出现在3200-2500cm-1。
2、SO-H
醇和酚的SO-H(面内弯曲振动)吸收带在1500~1300cm-1附近。
3、vC-O
位于1250~1000cm-1附近,通常是谱图中最强吸收峰之一,可根据这个区域的吸收峰确定伯醇、仲醇和叔醇。
各种醇的SO-H和vC-O的吸收如下:
范围
SO-H(面内)cm-1
VC-Ocm-1
伯醇
1350-1260
1050
仲醇
1100
叔醇
1410-1310
1150
酚
1300-1200
六、醚
醚的特征吸收谱带是C-O-C不对称伸缩振动谱带,各种醚的不对称VC-O-C为:
1、脂肪醚:
1150-1060cm-1(s)
2、芳香醚两个C-O伸缩振动吸收
1270~1230cm-1(为Ar-O伸缩)
1050~1000cm-1(为R-O伸缩
3、乙烯醚:
1225-1200cm-1(s)
醇、酯和内酯在此区域附近也有吸收,但光谱中同时存在-OH和C=O其它
特征峰时。
4、六元环中的C-O-C基团与无环醚中的此基团的吸收具有相同的频率当环变小时,不对称C-O-C伸缩振动逐渐向低波移。
5、在环氧乙烷类中有三条特征谱带可作为这种基团的存在的标志:
1280-1240cm-1(S-m)环的不对称伸缩振动
950-810cm-1(S-m)环的对称伸缩振动?
840-750cm-1(S)
七、羰基化合物(包括醛、酮、羧酸、酯、酸酐和酰胺等)
羰基吸收峰是在1900-1600cm-1区域出现强的C=O伸缩吸收谱带,这个谱带由于其位置的相对恒、强度高、受干扰小,已成为红外光谱图中最容易辨别的谱带之一。
此吸收峰最常出现在1755-1670cm-1,但不同类别的化合物C=O吸收峰也各不相同。
关于C=O化合物的红外吸收规律在前面已叙述过,一般吸电子的诱导效应使C=O的吸收向高波移,共轭效应使其向低波移,环张力增加向高波数移,氢键一般向低波数移。
下面我们将分类对各类羰基化合物进行讨论。
1、酮
一般饱和脂肪酮C=O伸缩振动在1725-1705cm-1,a、3-不饱和酮和芳香酮,由于共
轭作用使吸收向低波数移,使之低于1700cm-1,但是由于空间效应使之共轭减弱时,吸收
频率下降不显著。
中的甲酮基受邻位两个甲基的空间阻碍作用,使羰基与苯环不能共平面,共轭效应减弱,所以VC=O在1700cm-1。
羰基的a-碳上连有负性取代基时,由于-I诱导效应的结果,吸收向高频率移动。
例如a
氯化酮比一般的酮要高出20cm-1。
在环酮类中VC=O将随环中张力增大而波数增加。
2、醛
醛的C=O比酮的力常数大,故吸收位置较高,一般在1740-1720cm-1(s),但不易区别。
但是-CHO中的C-H键的伸缩振动在2720-2820区域出现两个强度相等的吸收峰,此峰比较特征,借以可用来区别是否有-CHO存在。
各种因素对醛中羰基吸收频率的影响同酮相同。
3、羧酸羧酸的最特征的吸收峰是:
VO-H和VC=O
(1)VO-H
羧酸的VO-H只有在气相或极稀的非极性溶剂溶液中,才能看到游离的O-H伸缩
振动吸收峰在3550cm-1区域。
但由于羧酸易形成氢键,所以一般液体及固体羧酸均以二缔和体存在,使VO-H向低波数移动,常在3200-2500cm-1区出现一宽而散的峰。
这个峰
通常在2700-2500cm-1出现一系列连续的小峰,羧酸的这一谱带是它的特征峰,特别是与羧基的C=O伸缩振动吸收联合考虑,特征性更强.缔合的醇,酚在何处?
(2)nC=O
C=O的伸缩振动由于受氢键的影响,羧基中的C=O吸收向低波移。
例如:
单体二缔合体
当羧基的a-氢为卤素或其它吸电子基团取代后,使vC=O向高波移。
分子内氢键将羧基的VC=O波数降低程度比分子间氢键更甚.
(2)VC-O
羧酸的VC-O伸缩振动带在1250cm-1附近,是一强峰,
(3)SO-H
羧酸的SO-H出现在1400cm-1和920cm-1区域有两个强而宽的吸收峰。
(4)羧酸盐
当羧酸的酸性质子被不同的阳离子取代,生成羧酸盐时,就会产生羧酸的羧基消失
的特征谱带。
因为离子化产生的R-COO-基团,使得羧酸基的1710cm-1附近的吸收带就消失,代之出现的是1580cm-1和1400cm-1之间的两个谱带,这两个带对应于结构的反对称和对称的伸缩振动。
4、酯(VC=OH和VC-O-C)
(1)VC=O
大多数饱和脂肪酸酯的强的VC=O伸缩振动发生在比酮的正常频率为高的
1740cm-1处(甲酸甲酯除外,在1725-1720cm-1)。
C=C-COOR或ArCOOR勺vC=O吸收,由于共轭作用移向低波数,在1730-1715cm-1。
O=C-O-C=C或RCOOA结构的VC=O吸收,则移向高波区。
a-卤代羧酸酯的vC=O吸收频率也升高,如:
三氯乙酸酯在1770cm-1。
六元环状内酯羰基吸收与正常酯的相
同,当环变小时,其吸收位置将移向高波区。
(2)VC-O-C
酯的vC-O-C伸缩振动吸收带在1330-1030区域有两个吸收带,其一是vasC-O在1300-1000cm-1,此带有吸收强度大和较宽的特征,用处较大。
另一个是vsC-O在
1140-1030cm-1,此带吸收强度小,参考价值不大,但是内酯此带吸收强度较大。
(其中1250-1230cm-1处的宽而强的谱带是乙酸烷基酯的特征吸收带。
)
5、
酸酐
(1)nC=O
酸酐的C=Of申缩振动在1860-1800cm-1和1800-1750cm-1出现两个强的吸收峰,前者
是反对称伸缩振动,后者是对称伸缩振动。
这两个峰相距约60cm-1,开链酸酐高波数峰稍
强于低波数峰,而环状酸酐则高波数峰弱于低波数峰,以此可区别这两类酸酐。
共轭的酸酐则使羰基吸收向低波数移,在靠近1775cm-1和1720cm-1处出现吸收。
环状酸酐中,随着环的张力变大,吸收峰向高波移动。
五元酸酐VC=O1871cm-11793cm-1
六元酸酐VC=O1822cm-11780cm-1
(2)nC-O-C
酸酐的C-O伸缩振动产生强的吸收峰,开链的在1180-1045cm-1,而环状酸酐在
1310-1200cm-1,利用此峰也可以区别这两种酸酐。
6、酰胺:
兼有胺和羰基化合物的特点.
酰胺的主要特征峰有三个,即vC=O伸缩振动(称为酰胺I带);
vN-H伸缩振动
及3N-H弯曲振动(称为酰胺II带),酰胺还有C-N吸收带(酰胺III带),
(1)vN-H
在稀溶液中,伯酰胺出现两个中等强度的峰,分别在3500cm-1和3400cm-1附近,相应于N-H的反对称伸缩振动。
在浓溶液和固体中由于有氢键发生,将移向3350-3180cm-1
低频区。
随着二缔和和三缔和体的存在将在此区域出现多重峰。
仲酰胺在很稀溶液中,在3460-3420cm-1处只出现一个谱带,浓溶液中或固体中缔和体出现在3330cm-1,在
3110-3060出现一个弱吸收带,是3N-H(1550cm-1)的倍频峰。
叔酰胺由于N上没有H而
没此吸收带,因此利用此吸收带可以识别伯、仲、叔酰胺。
(3)3N-H弯曲振动(酰胺II带)
伯酰胺在vC=O吸收区较低一些的地方出现尖峰,其强度相当于vC=O峰的1/3-1/2。
游离态在1600cm-1处,缔合态在1650-1620处,易被I带覆盖.仲酰胺游离态在1550-1510处;
缔和体在1570-1515处,I带和II带能够分开.利用此特点区分伯,仲酰胺.叔酰胺和内酰胺没有此吸收带。
内酰胺含有N-H键也不含有3N-H谱带。
(4)酰胺还有C-N吸收带(酰胺III带),它们的吸收位置如下:
八、胺和胺盐
1胺:
胺有三个特征吸收带即:
nNHSN-H和nC-N吸收带,其中nNH吸收带用处较大
(3550-3250cm-1)。
nNH
游离一级胺的nN-H伸缩振动在3400-3490(中)处,有两个吸收峰,相应于N-H的对称和反对称伸缩振动,另外,脂肪族伯胺在nNH(S)吸收带的低一侧有肩峰;
而芳香伯胺有
一个尖锐独立的小峰,它们是SN-H2(s)的倍频和nNH2(s)共振的结果。
缔和的nN-H
伸缩振动向低波数方向移动,但位移程度不及O-H吸收峰的情况,位移一般不大于100cm-1,并且吸收峰较弱、较尖锐。
二级胺的稀溶液在3310-3350cm-1区域只有一个吸收峰。
三级胺没有N-H,故没有N-H伸缩振动吸收峰。
SN-H
一级胺的面内SN-H弯曲(剪式)振动吸收在1540-1650cm-1(中、强)区域,可用于鉴
定(与芳环的骨架振动吸收重叠),一级胺的非平面(面外)摇摆振动吸收在650-900cm-1
(宽)区域,而脂肪一级胺则在750-850cm-1(宽、中)区域,非常特征。
二级胺的N-H弯曲振动吸收很弱,不能用于鉴定,二级胺的N-H非平面摇摆振动在700-750cm-1区域有
强的吸收.
VC-N位于指纹区与VC-C重叠,难以辨别.
2、铵盐
成盐之后,伯胺和仲胺的vNHvNH3+伯胺盐在3000-2800cm-1之间出现强和宽的吸收带,由NH3+基中不对称和对称伸缩振动引起的。
伯胺盐的SNH3+出现在1600-1575cm-1和1550-1504cm-1处两个吸收带,这相应于不对称和对称弯曲振动吸收带。
仲胺盐的vNH2+出现在2700-2250cm-1区域,是一个强的宽带或是一组较尖锐的谱带。
SNH2+出现在1620-1560cm-1区域是一个中等强度的谱带。
叔胺盐的vNH+在2700-2250cm-1区域出现一个强的宽带或一组较尖的谱带。
叔胺盐的SNH1+谱带很弱,没有实用价值。
确定样品是否为胺的最好办法是将样品用无机酸处理,然后观察3000-2200cm-1范
围出现宽而强的“铵谱带”。
然后再根据各类胺盐的吸收特征,确定是哪类胺。
九、硝基化合物
硝基化和物主要有VNO2的反对称和对称伸缩吸收带,它们分别在1650-1500cm-1
和1370-1250cm-1,很容易认出。
脂肪族硝基化和物的两个峰分别在1565-1545cm-1;
1380-1350cm-1。
芳香族硝基化和物和共轭的脂肪族硝基化和物由于共轭使vN02频率降低,如芳香族
硝基化和物vas(N021525±
15cm-1;
vs(N021345±
cm-1,另外,芳香硝基化和物在870cm-1附近出现C—N伸缩振动带。
十、腈类-C三N
饱和脂肪腈在2260-2240cm-1有尖而强的v-C三N伸缩振动吸收带,当与不饱和键和芳环共轭时,该带位移到2240-2220cm-1区间,且强度增加。
一般说来,共轭的v-C=N
伸缩振动吸收带位移要比非共轭的低约30cm-1。
十一、其它各类化合物
主要对含有卤素、硫、磷、硅等元素的有机化合物的特征吸收作简单介绍。
1、有机卤化合物:
在有机卤化合物中C-X键的伸缩振动吸收很强,随着卤原子量的增大,吸收带的位置向低波数移动。
当两个以上卤原子连接在同一碳原子上时,有对称伸缩振动和不对称伸缩振动两种吸收带。
2、有机硫化合物
以S-0键伸缩振动吸收最强(900-700cm-1)较易识别,其它以S-H键
(2600-2550cm-1很弱);
S-C(700-590cm-1此键的吸收很弱,位置易变,难以利用),亚砜的S=0键伸缩振动吸收位于(1060-1040cm-1)是强吸收;
砜的-SO2-基在(1340-1290cm-1)和(1160-1135cm-1)区,分别为不对称伸缩振动和对称伸缩振动吸收带。
磺酸卤RSO2C啲-SO2-基在(1385-1340cm-1强)和(1185-1160cm-1强)区,分别为不对称伸缩振动和对称伸缩振动吸收带。
磺酸RSO3啲1385-1340cm-1中等)区,分别为不对称伸缩振动和对称伸缩振动吸收带,
S-0伸缩振动吸收带在(700-810cm-1强)。
磺酸酯RSO2OR的(SO2-基在(1390-1290cm-1强)和(1190-1120cm-1强)
3、有机磷化合物
显示特征的吸收带有:
P-H、P=O、P-C的伸缩振动吸收带。
P-H的伸缩振动吸收在(2425-2325cm-1)峰形尖,位置恒定,受分子其余部分结构影响较小,具有中等强度。
P=O的伸缩振动吸收在(1300-1140cm-1),也是一个强吸收带。
P-C的伸缩振动吸收:
Ph-P出现在(1450-1420cm-1);
P-CH3出现在(1320-1280cm-1)。
4、有机硅化合物:
较为典型的特征吸收带为:
Si-H,Si-O,Si-C等的伸缩振动吸收带。
Si-H的伸缩振动吸收在(2230-2150cm-1
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 红外 光谱 必备 知识