红外谱图分析复习课程.ppt
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红外分谱图分析,红外光谱的特征性,基团频率,红外光谱的最大特点是具有特征性。
复杂分子中存在许多原子基团,各个原子基团(化学键)在分子被激发后,都会产生特征的振动。
(2)叁键和累积双键区:
2500-1900cm-1。
主要包括炔键-CC-,腈键-CN、丙二烯基-C=C=C-、烯酮基-C=C=O、异氰酸酯基-N=C=O等的反对称伸缩振动。
(3)双键伸缩振动区:
1900-1200cm-1。
主要包括C=C,C=O,C=N,-NO2等的伸缩振动,芳环的骨架振动(skeletalvibration)等。
(4)X-Y伸缩振动及X-H变形振动区(单键区)(含指纹区):
1650cm-1。
这个区域的光谱比较复杂,主要包括C-H,N-H变形振动,C-O,C-X(卤素)等伸缩振动,以及C-C单键骨架振动等。
1烷烃,烷烃化合物含有CH3、CH2和CH等基团,其红外吸收带主要由CH键和CC键的振动引起。
见下图。
正庚烷的红外光谱(CH3(CH2)5CH3),
(1)C-H键不对称和对称分别在2960cm-1和2870cm-1附近。
一般ass。
当分子中同时存在CH3和CH2时,C-H键在30002800cm-1附近间一般有4个吸收峰。
(2)C-H键不对称和对称弯曲振动分别在1470cm-1和1380cm-1附近。
a孤立CH3在1380cm-1附近出现单峰,CH3越多,峰强越强;b偕二甲基(=C(CH3)2)的2个CH3对称弯曲振动偶合,裂分为双峰,在1385cm-1和1375cm-1附近,强度几乎相等。
c叔丁基(-C(CH3)3)的3个CH3对称弯曲振动偶合,裂分为双峰,在1395cm-1和1370cm-1附近,强度后者是前者的2倍,以此与(=C(CH3)2)相区别。
d当CH3与杂原子相连时,1380cm-1附近峰由于诱导效应发生位移,相邻基团的电负性越大,1380cm-1峰越向高波数移动。
-O-CH3=N-CH3C-CH3Si-CH31440cm-11426cm-11380cm-11255cm-1,(3)亚甲基CH2的平面摇摆振动。
当分子中含有-(CH2)n-(n4)时,在725cm-1有峰,并随着n的减少,逐渐向高波数移动。
(4)CH3和CH2的区别在于:
CH3在1380cm-1附近有吸收峰,而CH2没有。
(5)C-C键的骨架振动在1250800cm-1附近,因特征性不强,用处不大。
2烯烃,
(1)烯烃不饱和C原子上的C-H伸缩振动在31003000cm-1,强度中等,峰形较尖锐。
末端烯烃(RCH=CH2、R1R2C=CH2)的=CH的吸收频率较高,在30953075cm-1有强峰,而其它取代乙烯的=CH在30403000cm-1。
小环烷烃、环氧及环氮化合物,环上的C-H键的伸缩振动频率也在3000cm-1以上。
(2)C=C的伸缩振动频率在16801620cm-1:
(3)烯烃不饱和碳原子上的CH面外弯曲振动在1000650cm-1,对结构敏感:
一取代双键(RCHCH2)995985cm-1(m),915905cm-1(s)倍频18601790cm-1,二取代(RRCCH2)895885cm-1(s),倍频18601750cm-1反式二取代(CHCH)980960cm-1(s)顺式二取代(CHCH)730665cm-1(s)三取代(RRCCHR”)850790cm-1(m),3炔烃1辛炔的红外光谱,一元取代炔烃的红外吸收光谱有三个特征吸收带:
(1)炔烃的CH在3300cm-1附近,峰形尖锐,容易识别。
(2)炔烃的CC在21402100cm-1,一般强度较弱。
炔烃的烷基二取代物中,CC在22602190cm-1,由于分子的偶极矩变化小,一般难以观察到。
(3)炔烃的面外CC在700600cm-1,吸收带强而较宽。
4芳烃1芳环的CH;2芳环的CC3芳环的面外=CH;4芳香醚的不对称COC,芳烃的红外光谱主要有三个特征吸收带:
(1)芳环上的C-H键的伸缩振动频率在31003000cm-1。
(2)芳环的骨架振动频率C=C一般有四个谱带:
1600、1585、1500、1450cm-1附近。
其中1600和1500cm-1是芳环的特征吸收带,其强度后者比前者强。
(3)芳环上的面外弯曲振动CH(即取代),苯670cm-1(s)一元取代770730cm-1(s),710690cm-1(s)二元取代(邻位)770735cm-1(s)二元取代(间位)900860cm-1(m),810750cm-1(s)725680cm-1(m)二元取代(对位)860800cm-1(s),三元取代(1,3,5取代)860810cm-1(m),735675cm-1(s)三元取代(1,2,3取代)780760cm-1(m),725680cm-1(s)三元取代(1,2,4取代)885870cm-1(m),825805cm-1(s)四、五元取代900800cm-1(s),CH在20001650cm-1范围出现的泛频吸收(有机物结构中无羰基CO),5醇、酚-辛醇的红外光谱(液膜0.025mm),乙醇在不同浓度CCl4中的红外谱图,醇和酚的O-H键及C-O键的伸缩振动吸收在红外光谱中是鉴定它们的特征频带:
(1)醇和酚通常以二缔合或多缔合态存在。
缔和态的OH伸缩振动频率在35503200cm-1,谱带强而宽。
若为二缔合态,吸收带的中心在3500cm-1附近,多缔合态一般在3320cm-1附近。
游离态OH在36503590cm-1,谱带尖锐,强度中等。
结晶水的OH也在36003000cm-1,但一般强度低而且峰窄。
水峰同时在16701600cm-1附近出现H-O-H的弯曲振动峰,以示区别。
(2)醇和酚的CO伸缩振动频率在12601000cm-1(s)。
因OH连接的碳原子类型不同:
伯醇:
1050cm-1左右仲醇:
1100cm-1左右叔醇:
1150cm-1左右酚:
1200cm-1左右(3)醇的O-H键面内弯曲振动频率在14201330cm-1(同CH2或CH面外弯曲振动频率区)。
酚的面外弯曲振动频率在1350cm-1左右,较宽,强度低于CO伸缩振动频率吸收带。
6醚,醚的红外特征吸收带是C-O-C键的不对称伸缩振动:
脂肪醚11501060cm-1(s)芳香醚12751210cm-1(s)乙烯基醚12251200cm-1(s)在这一区域附近,醇、醛、酮、酯和内酯等均有红外吸收。
因此,在红外光谱中只有不存在羟基和羰基的其它特征峰,而在此区域有吸收峰时,才说明被测分子中有醚基存在。
7羰基化合物,羰基伸缩振动频率(cm-1)酸酐18201760酰卤1800酯1740醛1730酮1715羧酸1700酰胺1690,7.1醛正丁醛的红外光谱(液膜,0.025mm)1醛基中的CH;2CO,醛基有CHO两个特征吸收峰:
(1)羰基的CO伸缩振动在17401720cm-1(s);
(2)醛基中的CH伸缩振动基频与CH弯曲振动的倍频发生费米共振,在2820和2720cm-1出现2个窄的中等强度的吸收峰,高波数的吸收峰常被饱和次甲基的CH伸缩振动吸收峰覆盖,因此常常只观察到2720cm-1的吸收峰。
这是鉴定醛基的依据。
7.2酮酮类的羰基伸缩振动吸收带是其唯一的特征吸收带。
3,3二甲基2丁酮的红外光谱,7.3羧酸和羧酸盐1羧酸二缔合态的OH伸缩振动;2CO的伸缩振动;3羧酸二缔合态的OH面外摇摆,在羧酸中,羧基COOH的OH键伸缩振动、C一O键伸缩振动以及OH键弯曲振动噘收是红外光谱中识别羧酸的主要特征峰:
(1)羧酸通常以而缔合态存在。
缔合态的OH伸缩振动频率在32002500cm-1,峰较强,峰形宽而散。
这个谱带在27002500cm-1之间通常出现几个连续小峰,很特征。
在稀溶液或非极性溶剂中羧酸为游离态,OH伸缩振动频率在3550cm-1附近,为强吸收峰。
(2)羧酸的CO伸缩振动频率缔合时在17251700cm-1,游离态在1760cm-1附近。
(3)羧酸二缔合态的OH面外弯曲振动频率在955915cm-1,为一个宽而不强的吸收峰,常在羧酸的鉴定中作参考。
(4)羧酸盐中,羧酸根负离子COO的2个CO是均等的,其不对称和对称伸缩振动频率分别在16101550cm-1(S)和14201300cm-1(m)。
7.4酯,在酯基中(COOC),CO及COC伸缩振动吸收是红外光谱中酯类的2个特征吸收峰:
(1)绝大多数饱和羧酸酯的CO伸缩振动都位于1740cm-1附近;
(2)酯基中的COC伸缩振动在13001000cm-1有2个吸收峰,常为酯类化合物的最强吸收峰。
其中COC不对称伸缩振动在13001150cm-1(S),对称伸缩振动在11401000cm-1(w),是鉴定酯类的重要依据。
(3)在酯类中,有时可在3450cm-1附近看到CO的倍频吸收峰。
7.5酸酐乙酸酐的红外光谱图CO伸缩振动1828、1750cm-1;COC伸缩振动1125cm-1,酸酐的CO及COC伸缩振动吸收是红外光谱中酯类的2个特征吸收峰:
(1)酸酐的CO伸缩振动由于分子中的2个羰基伸缩振动偶合,在18601800cm-1和18001750cm-1间出现2个吸收峰,分别是羰基的不对称和对称伸缩振动,相距60cm-1左右。
开链酸酐,高频率比低频率略强;环状酸酐,低频率比高频率略强。
这是酸酐类化合物的特征谱带。
(2)酸酐的COC伸缩振动为强而宽的吸收峰,开链酸酐在11701050cm-1,而环状酸酐在13101200cm-1。
7.6酰卤苯甲酰氯的红外光谱1CO伸缩振动;22871cm-1因费米共振强度增加;3CC,酰卤中由于卤原子与羰基相连,CO伸缩振动移至1800cm-1附近。
在芳香酰卤中,由于875cm-1附近的CC伸缩振动的倍频与羰基伸缩振动发生费米共振,所以羰基吸收范围内出现双峰,通常高频率较强。
7.7酰胺甲酰胺的红外谱图1NH伸缩振动;2CO伸缩振动(I带)3NH(II带),酰胺的红外谱图有3个主要的特征峰:
(1)酰胺的NH伸缩振动在3000cm-1以上的高频区:
伯酰胺的NH伸缩振动是不对称和对称振动的双峰(m)。
在稀溶液中在3500cm-1和3400cm-1附近;在液态或固态时,分子间缔合使其移动到3350cm-1和3180cm-1附近。
仲酰胺的NH伸缩振动为单峰,在稀溶液中34603400cm-1间为一个峰。
由于CN的部分双键性质引起顺式和反式2种异构体,使其分裂为很靠近的双峰(高分辨率仪器)。
液态或固态时,峰在3300cm-1间处。
叔酰胺无此峰,可辨别伯、仲、叔酰胺。
(2)酰胺的CO键伸缩振动吸收峰常称为为I带,略低于相应的酮:
伯酰胺在1690cm-1附近;仲酰胺在1680cm-1附近;叔酰胺在16701630cm-1。
缔合态时,三者都在1650cm-1附近。
(3)酰胺的NH面外弯曲振动常称为酰胺的II带。
伯酰胺在比CO低的频率出现尖峰,其强度相当于CO峰强的1/3到1/2。
在稀溶液中,伯酰胺的NH在16201590cm-1;固态时升至16501620cm-1。
缔合态的II带常与I带重叠为1个吸收峰。
;仲酰胺在稀溶液中在15501510cm-1,在固态时移至15701515cm-1。
仲酰胺的I带和II带能够清晰分开。
因此会区分伯、仲酰胺。
叔酰胺无酰胺II带。
8胺和胺盐叔丁基胺的红外光谱(液体,池厚0.01mm)l不对称NH伸缩振动;2对称NH伸缩振动;3NH(面内);4CN,
(1)伯胺的NH伸缩振动,在稀溶液中在35003300cm-1处出现2个吸收峰(不对称和对称)。
脂肪族较弱;芳香族可达中等。
仲胺稀溶液在此区域只出现1个峰,脂肪族很弱,常观察不到;芳香族较强。
当分子中同时NH和OH时,吸收峰发生有差别的重叠:
OH峰强而宽;NH峰弱而尖锐。
(2)伯胺的NH面内弯曲振动在16501580cm-1处,为中等强度的宽峰;仲胺在此很弱。
(3)胺的CN伸缩振动