如何分析红外光谱.docx
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如何分析红外光谱
如何分析已经拿到手的红外谱图
可以按如下步骤来:
(1)首先依据谱图推出化合物碳架类型:
根据分子式计算不饱和度,
公式:
不饱和度=F+1+(T-0)/2其中:
F:
化合价为4价的原子个数(主要是C原子),
T:
化合价为3价的原子个数(主要是N原子),
0:
化合价为1价的原子个数(主要是H原子),
例如:
比如苯:
C6H6,不饱和度=6+1+(0-6)/2=4,3个双键加一个环,正好为4个不饱和度;
(2)分析3300~2800cm-1区域C-H伸缩振动吸收;以3000cm-1为界:
高于3000cm-1为不饱和碳C-H伸缩振动吸收,有可能为烯,炔,芳香化合物,而低于3000cm-1一般为饱和C-H伸缩振动吸收;
(3)若在稍高于3000cm-1有吸收,则应在2250~1450cm-1频区,分析不饱和碳碳键的伸缩振动吸收特征峰,其中:
炔2200~2100cm-1
烯1680~1640cm-1
芳环1600,1580,1500,1450cm-1
若已确定为烯或芳香化合物,则应进一步解析指纹区,即1000~650cm-1的频区,以确定取代基个数和位置(顺反,邻、间、对);
(4)碳骨架类型确定后,再依据其他官能团,如C=0,0-H,C-N等特征吸收来判定化合物的官能团;
(5)解析时应注意把描述各官能团的相关峰联系起来,以准确判定
官能团的存在,如2820,2720和1750〜仃00cm-1的三个峰,说明醛基的存在。
至此,分析基本搞定,剩下的就是背一些常见常用的健值了!
1.烷烃:
C-H伸缩振动(3000-2850cm-1)
C-H弯曲振动(1465-1340cm-1)
一般饱和烃C-H伸缩均在3000cm-1以下,接近3000cm-1的频率吸收。
2.烯烃:
烯烃C-H伸缩(3100〜3010cm-1)
C=C伸缩(1675〜1640cm-1)
烯烃C-H面外弯曲振动(1000〜675cm-1)。
3.炔烃:
伸缩振动(2250〜2100cm-1)
炔烃C-H伸缩振动(3300cm-1附近)。
4.芳烃:
3100〜3000cm-1芳环上C-H伸缩振动
1600〜1450cm-1C=C骨架振动
880〜680cm-1C-H面外弯曲振动芳香化合物重要特征:
一般在1600,1580,1500和1450cm-1可能出现强度不等的4个峰。
880〜680cm-1,C-H面外弯曲振动吸收,依苯环上取代基个数和位置不同而发生变化,在芳香化合物红外谱图分析中,常常用此频区的吸收判别异构体。
5.醇和酚:
主要特征吸收是O-H和C-O的伸缩振动吸收,
O-H自由羟基O-H的伸缩振动:
3650〜3600cm-1,为尖锐的吸收峰,
分子间氢键O-H伸缩振动:
3500~3200cm-1,为宽的吸收峰;
C-O伸缩振动:
1300~1000cm-1
O-H面外弯曲:
769-659cm-1
6.醚特征吸收:
1300~1000cm-1的伸缩振动
脂肪醚:
1150〜1060cm-1一个强的吸收峰
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)
7.醛和酮:
醛的主要特征吸收:
仃50~1700cm-1(C=O伸缩)2820,2720cm-1(醛基C-H伸缩)
脂肪酮:
1715cm-1,强的C=O伸缩振动吸收,如果羰基与烯键或芳环共轭会使吸收频率降低
8.羧酸:
羧酸二聚体:
3300~2500cm-1宽,强的O-H伸缩吸收
1720~1706cm-1C=O吸收
1320~1210cm-1C-O伸缩
920cm-1成键的O-H键的面外弯曲振动
9•酯:
饱和脂肪族酯(除甲酸酯外)的C=O吸收谱带:
仃50~1735c
m-1区域饱和酯C-C(=0)-0谱带:
1210~1163cm-1区域为强吸收
10.胺:
3500~3100cm-1,N-H伸缩振动吸收
1350~1000cm-1,C-N伸缩振动吸收
N-H变形振动相当于CH2的剪式振动方式,其吸收带在:
1640~156
0cm-1,面外弯曲振动在900~650cm-1.
11.腈:
腈类的光谱特征:
三键伸缩振动区域,有弱到中等的吸收
脂肪族腈2260-2240cm-1
芳香族腈2240-2222cm-1
12.酰胺:
3500-3100cm-1N-H伸缩振动
1680-1630cm-1C=O伸缩振动
1655-1590cm-1N-H弯曲振动
1420-1400cm-1C-N伸缩
13.有机卤化物:
C-X伸缩脂肪族
C-F1400-730cm-1
C-CI850-550cm-1
C-Br690-515cm-1
C-I600-500cm-1
红外谱图解析
应该对各官能团的特征吸收熟记于心(我自己常常记不牢,估计是老了,唉!
),因为官能团特征吸收是解析谱图的基础。
对一张已经拿到手的红外谱图:
(1)首先依据谱图推出化合物碳架类型:
根据分子式计算不饱和度,
公式:
不饱和度=F+1+(T-O)/2其中:
F:
化合价为4价的原子个数(主要是C原子),T:
化合价为3价的原子个数(主要是N原子),O:
化合价为1价的原子个数(主要是H原子),
我以前本科上谱学导论时老师给过公式,但字母都被我改了:
F、T、
O分别是英文4,31的
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首字母,这样我记起来就不会忘了:
)。
举个例子:
比如苯:
C6H6,不饱和度=6+1+(0-6)/2=4,3个双键加一个环,正好为4个不饱和度;
(2)分析3300〜2800cm^1区域C-H伸缩振动吸收;以3000cmA-1为界:
高于3000cmA-1为不饱和碳C-H伸缩振动吸收,有可能为烯,炔,
芳香化合物,而低于3000cmA-1一般为饱和C-H伸缩振动吸收;
(3)若在稍高于3000cmA-1有吸收,则应在2250~1450cmA-1频区,分析不饱和碳碳键的伸缩振动吸收特征峰,其中:
炔2200〜2100cmA-1烯1680〜1640cmA-1芳环1600,1580,1500,14
50cmA-1
若已确定为烯或芳香化合物,则应进一步解析指纹区,即1000~650
cmA-1的频区,以确定取代基个数和位置(顺反,邻、间、对);
(4)碳骨架类型确定后,再依据其他官能团,如C=O,O-H,C-N等
特征吸收来判定化合物的官能团;
(5)解析时应注意把描述各官能团的相关峰联系起来,以准确判定官能团的存在,如2820,2720和仃50~1700cmA-1的三个峰,说明醛基的存在。
解析的过程基本就是这样吧,至于制样以及红外谱图软件的使用,
一般的有机实验书上都有比较详细的介绍的,这里就不唠叨了。
这是
一个令人头疼的问题,有事没事就记一两个吧:
1.烷烃:
C-H伸缩振动(3000-2850cm^1)C-H弯曲振动(1465-1340cmA-1)一般饱和烃C-H伸缩均在3000cm"以下,接近3000cm"1的频率吸收。
2.烯烃:
烯烃C-H伸缩(3100〜3010cmA-1)C=C伸缩(1675〜1640cmA-1)烯烃C-H面外弯曲振动(1000〜675cmA1)。
3.炔烃:
伸缩振动(2250〜2100cmA-1)炔烃C-H伸缩振动(3300cmA-1附近)。
4.芳烃:
3100~3000cmA-1芳环上C-H伸缩振动1600~1450cmA-1C=C骨架振动880~680cmA-1C-H面外弯曲振动
芳香化合物重要特征:
一般在1600,1580,1500和1450cmA-1可能出现强度不等的4个峰。
880〜680cmA-1,C-H面外弯曲振动吸收,依苯环上取代基个数和位置不同而发生变化,在芳香化合物红外谱图分析中,常常用此频区的吸收判别异构体。
5.醇和酚:
主要特征吸收是O-H和C-O的伸缩振动吸收,
O-H自由羟基O-H的伸缩振动:
3650〜3600cmA-1,为尖锐的吸收峰,分子间氢键O-H伸缩振动:
3500〜3200cmA-1,为宽的吸收峰;C-O伸
缩振动:
1300〜1000cmA-1
O-H面外弯曲:
769-659cmA-1
6.醚:
特征吸收:
1300〜1000cmA-1的伸缩振动,
脂肪醚:
1150〜1060cmA-1—个强的吸收峰芳香醚:
两个C-O伸缩
振动吸收:
1270〜1230cmA-1(为Ar-O伸缩)1050〜1000cmA-1(为R-O伸缩)
7.醛和酮:
醛的主要特征吸收:
仃50〜1700cm"(C=0伸缩)2820,2720cmA-1(醛基C-H伸缩)
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脂肪酮:
1715cmA-1,强的C=O伸缩振动吸收,如果羰基与烯键或芳环共轭会使吸收频率降低
8.羧酸:
羧酸二聚体:
3300〜2500cmA-1宽,强的O-H伸缩吸收仃20~1706cmA-1C=O吸收1320~1210cmA-1C-0伸缩920cmA-1成键的O-H键的面外弯曲振动
9.酯:
饱和脂肪族酯(除甲酸酯外)的C=O吸收谱带:
1750~仃35cmA-1区域饱和酯C-C(=O)-O谱带:
1210~1163cmA-1区域,为强吸收
10.胺:
3500~3100cmA-1,N-H伸缩振动吸收1350~1000cmA-1,C-N伸缩振动吸收
N-H变形振动相当于CH2的剪式振动方式,其吸收带在:
1640〜1560cmA-1,面外弯曲振动在900~650cmA-1.
11腈:
腈类的光谱特征:
三键伸缩振动区域,有弱到中等的吸收脂肪
族腈2260-2240cmA-1芳香族腈2240-2222cmA-1
12.酰胺:
3500-3100cmA-1N-H伸缩振动1680-1630cmA-1C=O伸缩振动1655-1590cmA-1N-H弯曲振动1420-1400cmA-1C-N伸缩
13.有机卤化物:
C-X伸缩脂肪族C-F1400-730cmA-1C-Cl850-5
50cmA-1C-Br690-515cmA-1C-I600-500cmA-1
红外谱图解析基本知识基团频率区中红外光谱区可分成4000cm-1
〜1300(1800)cm-1禾口1800(1300)cm-1〜600cm-1两个区域。
最有分析价值的基团频率在4000cm-1〜1300cm-1之间,这一区域
称为基团频率区、官能团区或特征区。
区内的峰是由伸缩振动产生的吸收带,比较稀疏,容易辨认,常用于鉴定官能团。
在1800cm-1(130
0cm-1)~600cm-1区域内,除单键的伸缩振动外,还有因变形振动产生的谱带。
这种振动基团频率和特征吸收峰与整个分子的结构有关。
当分子结构稍有不同时,该区的吸收就有细微的差异,并显示出分子特征。
这种情况就像人的指纹一样,因此称为指纹区。
指纹区对于指认结构类似的化合物很有帮助,而且可以作为化合物存在某种基团的旁证。
基团频率区可分为三个区域
(1)4000~2500cm-1X-H伸缩振动区,X
可以是0、N、C或S等原子。
O-H基的伸缩振动出现在3650~3200cm-1范围内,它可以作为判断有无醇类、酚类和有机酸类的重要依据。
当醇和酚溶于非极性溶剂(如CC14),浓度于0.01mol.dm-3时,在3650~3580cm-1处出现游离O-H基的伸缩振动吸收,峰形尖锐,且没有其它吸收峰干扰,易于识别。
当试样浓度增加时,羟基化合物产生缔合现象,O-H基的伸缩振动吸收峰向低波数方向位移,在3400~3200
cm-1出现一个宽而强的吸收峰。
胺和酰胺的N-H伸缩振动也出现在3
500〜3100cm-1,因此,可能会对O-H伸缩振动有干扰。
C-H的伸缩振动可分为饱和和不饱和的两种:
饱和的C-H伸缩振动出现在3000c
m-1以下,约3000~2800cm-1,取代基对它们影响很小。
女口-CH3基的伸缩吸收出现在2960cm-1和2876cm-1附近;R2CH2基的吸收在2930cm-1和2850cm-1附近;R3CH基的吸收基出现在2890cm-1附近,但强度很弱。
不饱和的C-H伸缩振动出现在3000cm-1以上,以此来判别化合物中是否含有不饱和的C-H键。
苯环的C-H键伸缩振动
出现在3030cm-1附近,它的特征是强度比饱和的C-H浆键稍弱,但
谱带比较尖锐。
不饱和的双键二C-H的吸收出现在3010~3040cm-1范围内,末端二CH2的吸收出现在3085cm-1附近。
叁键0CH上的C-H伸缩振动出现在更高的区域(3300cm-1)附近。
(2)2500〜1900
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cm-1为叁键和累积双键区,主要包括-CoC、-CoN等叁键的伸缩振动,
以及-C=C=C、-C=C=O等累积双键的不对称性伸缩振动。
对于炔烃类化合物,可以分成R-CoCH和RQCOC-R两种类型:
R-CoCH的伸缩振动出现在2100〜2140cm-1附近;Rg-CoC-R出现在2190~2260cm-1
附近;R-CoC-R分子是对称,则为非红外活性。
-CoN基的伸缩振动在非共轭的情况下出现2240~2260cm-1附近。
当与不饱和键或芳香核共轭时,该峰位移到2220~2230cm-1附近。
若分子中含有C、H、N原子,-con基吸收比较强而尖锐。
若分子中含有O原子,且O原子离-
Con基越近,-Con基的吸收越弱,甚至观察不到。
(3)1900~1200cm-1为双键伸缩振动区该区域重要包括三种伸缩振动:
C=O伸缩振动出现在1900~1650cm-1,是红外光谱中特征的且往往是最强的吸收,以此很容易判断酮类、醛类、酸类、酯类以及酸酐等有机化合物。
酸酐的羰基吸收带由于振动耦合而呈现双峰苯的衍生物的泛频谱带,出现在2000~1650cm-1范围,是C-H面外和C=C面内变形振动的泛频吸收,虽然强度很弱,但它们的吸收面貌在表征芳核取代类型上有一定的作用。
指纹区
(1)1800(1300)cm-1〜900cm-1区
域是C-O、C-N、C-F、C-P、C-S、P-O、Si-O等单键的伸缩振动和C=s、S=o、P=O等双键的伸缩振动吸收。
其中:
1375cm-1的谱带为甲
基的dC-H对称弯曲振动,对识别甲基十分有用,C-O的伸缩振动在13
00〜1000cm-1,是该区域最强的峰,也较易识别。
(2)900〜650cm-1区域的某些吸收峰可用来确认化合物的顺反构型。
利用上区域中苯环的C-H面外变形振动吸收峰和2000~1667cm-1区域苯的倍频或组合频吸收峰,可以共同配合确定苯环的取代类型。
水峰一般在3400-3600,1630,500以下。
醇O-H的峰一般比较钝,
酚的O-H—般比较尖锐。
水峰中,游离水的O-H在3580-3670是尖峰;3550-3230为氢键缔合的O-H峰,一般峰形宽,振动频率与浓度无关。
检出限公式为:
DL=3Sb/K。
一般检出限的测定方法是用空白溶液进行多次的反复测定,求出噪音的标准偏差Sb,然后将其和分析校正曲线的K