基团红外吸收图谱之欧阳术创编.docx

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基团红外吸收图谱之欧阳术创编

红外识谱图看似复杂，其实也有规律可循，试试这个口诀，说不定也是一种方法。

时间：

2021.02.02

创作：

欧阳术

红外可分远中近，中红特征指纹区，1300来分界，注意横轴划分异。

看图要知红外仪，弄清物态液固气。

样品来源制样法，物化性能多联系。

识图先学饱和烃，三千以下看峰形。

2960、2870是甲基，2930、2850亚甲峰。

1470碳氢弯，1380甲基显。

二个甲基同一碳，1380分二半。

面内摇摆720，长链亚甲亦可辨。

烯氢伸展过三千，排除倍频和卤烷。

末端烯烃此峰强，只有一氢不明显。

化合物，又键偏，～1650会出现。

烯氢面外易变形，1000以下有强峰。

910端基氢，再有一氢990。

顺式二氢690，反式移至970；

单氢出峰820，干扰顺式难确定。

炔氢伸展三千三，峰强很大峰形尖。

三键伸展二千二，炔氢摇摆六百八。

芳烃呼吸很特征，1600～1430。

1650～2000，取代方式区分明。

900～650，面外弯曲定芳氢。

五氢吸收有两峰，700和750；四氢只有750，二氢相邻830；间二取代出三峰，700、780，880处孤立氢

醇酚羟基易缔合，三千三处有强峰。

C－O伸展吸收大，伯仲叔醇位不同。

1050伯醇显，1100乃是仲，

1150叔醇在，1230才是酚。

1110醚链伸，注意排除酯酸醇。

若与π键紧相连，二个吸收要看准，

1050对称峰，1250反对称。

苯环若有甲氧基，碳氢伸展2820。

次甲基二氧连苯环，930处有强峰，

环氧乙烷有三峰，1260环振动，九百上下反对称，八百左右最特征。

缩醛酮，特殊醚，1110非缩酮。

酸酐也有C－O键，开链环酐有区别，

开链强宽一千一，环酐移至1250。

羰基伸展一千七，2720定醛基。

吸电效应波数高，共轭则向低频移。

张力促使振动快，环外双键可类比。

二千五到三千三，羧酸氢键峰形宽，920，钝峰显，羧基可定二聚酸、

酸酐千八来偶合，双峰60严相隔，链状酸酐高频强，环状酸酐高频弱。

羧酸盐，偶合生，羰基伸缩出双峰，1600反对称，1400对称峰。

1740酯羰基，何酸可看碳氧展。

1180甲酸酯，1190是丙酸，

1220乙酸酯，1250芳香酸。

1600兔耳峰，常为邻苯二甲酸。

氮氢伸展三千四，每氢一峰很分明。

羰基伸展酰胺I，1660有强峰；

N－H变形酰胺II，1600分伯仲。

伯胺频高易重叠，仲酰固态1550；

碳氮伸展酰胺III，1400强峰显。

胺尖常有干扰见，N－H伸展三千三，

叔胺无峰仲胺单，伯胺双峰小而尖。

1600碳氢弯，芳香仲胺千五偏。

八百左右面内摇，确定最好变成盐。

伸展弯曲互靠近，伯胺盐三千强峰宽，

仲胺盐、叔胺盐，2700上下可分辨，亚胺盐，更可怜，2000左右才可见。

硝基伸缩吸收大，相连基团可弄清。

1350、1500，分为对称反对称。

氨基酸，成内盐，3100～2100峰形宽。

1600、1400酸根展，1630、1510碳氢弯。

盐酸盐，羧基显，钠盐蛋白三千三。

矿物组成杂而乱，振动光谱远红端。

钝盐类，较简单，吸收峰，少而宽。

注意羟基水和铵，先记几种普通盐。

1100是硫酸根，1380硝酸盐，1450碳酸根，一千左右看磷酸。

硅酸盐，一峰宽，1000真壮观。

勤学苦练多实践，红外识谱不算难

1.红外光谱法的一般特点

特征性强、测定快速、不破坏试样、试样用量少、操作简便、能分析各种状态的试样、分析灵敏度较低、定量分析误差较大

2.对样品的要求

①试样纯度应大于98％，或者符合商业规格

Ø这样才便于与纯化合物的标准光谱或商业光谱进行对照

Ø多组份试样应预先用分馏、萃取、重结晶或色谱法进行分离提纯，否则各组份光谱互相重叠，难予解析

②试样不应含水（结晶水或游离水）

水有红外吸收，与羟基峰干扰，而且会侵蚀吸收池的盐窗。

所用试样应当经过干燥处理

③试样浓度和厚度要适当

使最强吸收透光度在5～20%之间

3.定性分析和结构分析

红外光谱具有鲜明的特征性，其谱带的数目、位置、形状和强度都随化合物不同而各不相同。

因此，红外光谱法是定性鉴定和结构分析的有力工具

①已知物的鉴定

将试样的谱图与标准品测得的谱图相对照，或者与文献上的标准谱图（例如《药品红外光谱图集》、Sadtler标准光谱、Sadtler商业光谱等）相对照，即可定性

使用文献上的谱图应当注意：

试样的物态、结晶形状、溶剂、测定条件以及所用仪器类型均应与标准谱图相同

②未知物的鉴定

未知物如果不是新化合物，标准光谱己有收载的，可有两种方法来查对标准光谱：

A.利用标准光谱的谱带索引，寻找标准光谱中与试样光谱吸收带相同的谱图

B.进行光谱解析，判断试样可能的结构。

然后由化学分类索引查找标准光谱对照核实

解析光谱之前的准备：

Ø了解试样的来源以估计其可能的范围

测定试样的物理常数如熔沸点、溶解度、折光率、旋光率等作为定性的旁证Ø

Ø根据元素分析及分子量的测定，求出分子式

Ø计算化合物的不饱和度Ω，用以估计结构并验证光谱解析结果的合理性解析光谱的程序一般为：

A.从特征区的最强谱带入手，推测未知物可能含有的基团，判断不可能含有的基团

B.用指纹区的谱带验证，找出可能含有基团的相关峰，用一组相关峰来确认一个基团的存在

C.对于简单化合物，确认几个基团之后，便可初步确定分子结构

D.查对标准光谱核实

③新化合物的结构分析

红外光谱主要提供官能团的结构信息，对于复杂化合物，尤其是新化合物，单靠红外光谱不能解决问题，需要与紫外光谱、质谱和核磁共振等分析手段互相配合，进行综合光谱解析，才能确定分子结构。

④鉴定细菌，研究细胞和其它活组织的结构

4.定量分析（资料来源：

http:

//www.king-）

Ø红外光谱有许多谱带可供选择，更有利于排除干扰。

红外光源发光能量较低，红外检测器的灵敏度也很低，ε＜103

Ø吸收池厚度小、单色器狭缝宽度大，测量误差也较大

☆对于农药组份、土壤表面水份、田间二氧化碳含量的测定和谷物油料作物及肉类食品中蛋白质、脂肪和水份含量的测定，红外光谱法是较好的分析方法

4基团频率区

中红外光谱区可分成4000cm-1~1300（1800）cm-1和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（1300cm-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O、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CCl4），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3400~3200cm-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3500~3100cm-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3000cm-1以下，约3000~2800cm-1，取代基对它们影响很小。

如-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=C-H的吸收出现在3010~3040cm-1范围内，末端=CH2的吸收出现在3085cm-1附近。

叁键ºCH上的C-H伸缩振动出现在更高的区域（3300cm-1）附近。

（2）2500~1900cm-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R¢-CºC-R两种类型：

R-CºCH的伸缩振动出现在2100~2140cm-1附近；

R¢-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1300~1000cm-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。

红外光谱

红外光区划分：

通常将红外波谱区分为近红外（near-infrared），中红外（middle-infrared）和远红外（far-infrared）。

区域

波长范围（mm）

波数范围（cm-1）

频率（Hz）

近红外

0.78-2.5

12800-4000

3.8´1014-1.2´1014

中红外

2.5-50

4000-200

1.2´1014-6.0´1012

远红外

50-1000

200-10

6.0´1012-3.0´1011

常用

2.5-15

4000-670

1.2´1014-2.0´1013

当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收某些频率的辐射，产生分子振动能级和转动能级从基态到激发态的跃迁，使相应于这些吸收区域的透射光强度减弱。

记录红外光的百分透射比与波数或波长关系曲线，就得到红外光谱。

　　物质的红外光谱是其分子结构的反映，谱图中的吸收峰与分子中各基团的振动形式相对应。

通过比较大量已知化合物的红外光谱，发现：

组成分子的各种基团，如O-H、N-H、C-H、C=C、C=O和CºC等，都有自己的特定的红外吸收区域，分子的其它部分对其吸收位置影响较小。

通常把这种能代表基团存在、并有较高强度的吸收谱带称为基团频率，其所在的位置一般又称为特征吸收峰。

分子吸收红外辐射后，由基态振动能级（n=0）跃迁至第一振动激发态（n=1）时，所产生的吸收峰称为基频峰。

因为（振动量子数的差值）△n=1时，nL=n，所以基频峰的位置（nL）等于分子的振动频率。

在红外吸收光谱上除基频峰外，还有振动能级由基态（n=0）跃迁至第二激发态（n=2）、第三激发态（n=3）¼，所产生的吸收峰称为倍频峰。

由n=0跃迁至n=2时，△n=2，则nL=2n，即吸收的红外线谱线（nL）是分子振动频率的二倍，产生的吸收峰称为二倍频峰。

下图是双原子分子的能级示意图，图中EA和EB表示不同能量的电子能级，在每个电子能级中因振动能量不同而分为若干个n=0、1、2、3……的振动能级，在同一电子能级和同一振动能级中，还因转动能量不同而分为若干个J=0、1、2、3……的转动能级。

由于分子非谐振性质，各倍频峰并非正好是基频峰的整数倍，而是略小一些。

以HCl为例：

基频峰（n0→1）2885.9cm-1最强

二倍频峰（n0→2）5668.0cm-1较弱

三倍频峰（n0→3）8346.9cm-1很弱

四倍频峰（n0→4）10923.1cm-1极弱

五倍频峰（n0→5）13396.5cm-1极弱

除此之外，还有合频峰（n1+n2，2n1+n2，¼），差频峰（n1-n2，2n1-n2，¼）等，这些峰多数很弱，一般不容易辨认。

倍频峰、合频峰和差频峰统称为泛频峰。

红外光谱特点

1）红外吸收只有振-转跃迁，能量低；

2）应用范围广：

除单原子分子及单核分子外，几乎所有有机物均有红外吸收；

3）分子结构更为精细的表征：

通过红外光谱的波数位置、波峰数目及强度确定分子基团、分子结构；

4）定量分析；

5）固、液、气态样均可用，且用量少、不破坏样品；

6）分析速度快；

7）与色谱等联用（GC-FTIR）具有强大的定性功能

时间：

2021.02.02

创作：

欧阳术