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总结红外光谱频率与官能团特征吸收峰
红外波谱
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。
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。
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
2960~2850
强
=C-H
烯烃及芳烃
3100~3010
中等
≡C-H
炔烃
3300
强
-C-C-
烷烃
1200~700
弱
-C=C-
烯烃
1680~1620
不定
C≡C
炔烃
2200~2100
不定
C=O
醛
1740~1720
强
酮
1725~1705
强
酸及酯
1770~1710
强
酰胺
1690~1650
强
-OH
醇及酚
3650~3610
不定,尖锐
氢键结合的醇及酚
3400~3200
强,宽
-NH2
胺
3500~3300
中等,双峰
C-X
氯化物
750~700
中等
溴化物
700~500
中等
整个红外谱图可以分为两个区,4000~1350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,1350~650处指纹区。
通常,4000~2500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:
-C≡C-,-C≡N,-C=C=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。
1350~650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
σ伸缩振动,δ面内弯曲振动,γ面外弯曲振动
一、烷烃
饱和烷烃IR光谱主要由C-H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、σC-H在2975—2845cm-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、δC-H在1460cm-1和1380cm-1处有特征吸收,前者归因于甲基及亚甲基C-H的σas,后者归因于甲基C-H的σs。
1380cm-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1380cm-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1475cm-1。
异丙基1380cm-1裂分为两个强度几乎相等的两个峰1385cm-1、1375cm-1
叔丁基1380cm-1裂分1395cm-1、1370cm-1两个峰,后者强度差不多是前者的两倍,在1250cm-1、1200cm-1附近出现两个中等强度的骨架振动。
3、σC-C在1250—800cm-1范围内,因特征性不强,用处不大。
4、γC-H分子中具有—(CH2)n—链节,n大于或等于4时,在722cm-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、σC=C-H烯烃双键上的C-H键伸缩振动波数在3000cm-1以上,末端双键氢在3075—3090cm-1有强峰最易识别。
2、σC=C吸收峰的位置在1670—1620cm-1。
随着取代基的不同,σC=C吸收峰的位置有所不同,强度也发生变化。
3、δC=C-H烯烃双键上的C-H键面内弯曲振动在1500—1000cm-1,对结构不敏感,用途较少;而面外摇摆振动吸收最有用,在1000—700cm-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,可借以判断双键取代情况和构型。
RHC=CH2995~985cm-1(=CH,S)915~905cm-1(=CH2,S)
R1R2C=CH2895~885cm-1(S)
(顺)-R1CH=CHR2~690cm-1(反)-R1CH=CHR2980~965cm-1(S)
R1R2C=CHR3840~790cm-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、σ该振动吸收非常特征,吸收峰位置在3300—3310cm-1,中等强度。
σN-H值与σC-H值相同,但前者为宽峰、后者为尖峰,易于识别。
2、σ一般键的伸缩振动吸收都较弱。
一元取代炔烃
σ出现在2140—2100cm-1,二元取代炔烃在2260—2190cm-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,σ为红外非活性。
3、σ炔烃变形振动发生在680—610cm-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、σAr-H芳环上C-H吸收频率在3100~3000cm-1附近,有较弱的三个峰,特征性不强,与烯烃的σC=C-H频率相近,但烯烃的吸收峰只有一个。
2、σC=C芳环的骨架伸缩振动正常情况下有四条谱带,约为1600,1585,1500,1450cm-1,这是鉴定有无苯环的重要标志之一。
3、δAr-H芳烃的C-H变形振动吸收出现在两处。
1275—960cm-1为δAr-H,由于吸收较弱,易受干扰,用处较小。
另一处是900—650cm-1的δAr-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,δAr-H频率越高,见表3-10。
若在1600—2000cm-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770~730cm-1(VS),710~690cm-1(S)
1,2-二取代苯770~735cm-1(VS)
1,3-二取代苯810~750cm-1(VS),725~680cm-1(m~S)
1,4-二取代苯860~800cm-1(VS)
五、卤化物
随着卤素原子的增加,σC-X降低。
如C-F(1100~1000cm-1);C-Cl(750~700cm-1);C-Br(600~500cm-1);C-I(500~200cm-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、σO-H一般在3670~3200cm-1区域。
游离羟基吸收出现在3640~3610cm-1,峰形尖锐,无干扰,极易识别(溶剂中微量游离水吸收位于3710cm-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3550~3200cm-1。
1,2-环戊二醇顺式异构体P47
0.005mol/L(CCl4)3633cm-1(游离),3572cm-1(分子内氢键)。
0.04mol/L(CCl4)3633cm-1(游离),3572cm-1(分子内氢键)~3500cm-1(分子间氢键)。
2、σC-O和δO-HC-O键伸缩振动和O-H面内弯曲振动在1410—1100cm-1处有强吸收,当无其它基团干扰时,可利用σC-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1150~1060cm-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、酯、内酯的σC-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),σC=O在1750~1680cm-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:
AB
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σC=O吸收峰向低波数一端移动,吸电子的诱导效应使σC=O的吸收峰向高波数方向移动。
α,β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
σC=O1685~1665cm-11745~1725cm-1
苯乙酮对氨基苯乙酮对硝基苯乙酮
σC=O1691cm-11677cm-11700cm-1
σ一般在2700~2900cm-1区域内,通常在~2820cm-1、~2720cm-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、σO-H游离的O-H在~3550cm-1,缔合的O-H在3300~2500cm-1,峰形宽而散,强度很大。
2、σC=O游离的C=O一般在~1760cm-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1725~1700cm-1,如果发生共轭,则C=O的吸收峰移到1690~1680cm-1。
3、σC-O一般在1440~1395cm-1,吸收强度较弱。
4、δO-H一般在1250cm-1附近,是一强吸收峰,有时会和σC-O重合。
十、酯和内酯
1、σC=O1750~1735cm-1处出现(饱和酯σC=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、σC-O一般有两个吸收峰,1300~1150cm-1,1140~1030cm-1
十一、酰卤
σC=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σC=O变小,一般在1780~1740cm-1处。
十二、酸酐
1、σC=O由于羰基的振动偶合,导致σC=O有两个吸收,分别处在1860~1800cm-1和1800~1750cm-1区域,两个峰相距60cm-1。
2、σC-O为一强吸收峰,开链酸酐的σC-O在1175~1045cm-1处,环状酸酐1310~1210cm-1处。
十三、酰胺
1、σC=O酰胺的第ⅠⅡⅢ谱带,由于氨基的影响,使得σC=O向低波数位移,伯酰胺1690~1650cm-1,仲酰胺1680~1655cm-1,叔酰胺1670~1630cm-1。
2、σN-H一般位于3500~3100cm-1,伯酰胺游离位于~3520cm-1和~3400cm-1,形成氢键而缔合的位于~3350cm-1和~3180cm-1,均呈双峰;仲酰胺游离位于~3440cm-1,形成氢键而缔合的位于~3100cm-1,均呈单峰;叔酰胺无此吸收峰。
3、δN-H酰胺的第Ⅱ谱带,伯酰胺δN-H位于1640~1600cm-1;仲酰胺1500~1530cm-1,
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