紅外解析實例與應用簡介

1、紅外解譜練習與應用簡介紅外解譜練習與應用簡介q 解析紅外譜圖，獲得官能團的基本信息，推導未知物解析紅外譜圖，獲得官能團的基本信息，推導未知物的可能結構的可能結構 能力目標 認識紅外光譜圖，分析特點認識紅外光譜圖，分析特點橫坐標波數，縱坐標百分透過率橫坐標波數，縱坐標百分透過率 ，谷底表示吸收峰。，谷底表示吸收峰。特征區(qū)：特征區(qū)：4000-1350指紋區(qū)：指紋區(qū)： 1350 650 cm-1譜圖解析的一般程序譜圖解析的一般程序 圖解析方法：圖解析方法： 先根據分子式其不飽和度，初步判斷結構，查看特征官能團先根據分子式其不飽和度，初步判斷結構，查看特征官能團區(qū)，判斷官能團的種類，最后查看指紋區(qū)，判

2、斷其精細結構，確區(qū)，判斷官能團的種類，最后查看指紋區(qū)，判斷其精細結構，確定結構式定結構式注意：在解析過程中，要把注意力集中到主要基團的相關峰上，避免孤注意：在解析過程中，要把注意力集中到主要基團的相關峰上，避免孤立解析。立解析。 分子的不飽和度分子的不飽和度定義：定義： 不飽和度是指分子結構中達到飽和所缺一價元素的不飽和度是指分子結構中達到飽和所缺一價元素的“對對”數。如：乙烯變成飽和烷烴需要兩個氫原子，不飽和數。如：乙烯變成飽和烷烴需要兩個氫原子，不飽和度為度為1。計算：計算： 若分子中僅含一，二，三，四價元素（若分子中僅含一，二，三，四價元素（H，O，N，C），則可按下式進行不飽和度的計算

3、：），則可按下式進行不飽和度的計算： = （2 + 2n4 + n3 n1 ）/ 2 n4 ， n3 ， n1 分別為分子中四價，三價，一價元素數目。分別為分子中四價，三價，一價元素數目。作用：作用： 由分子的不飽和度可以推斷分子中含有雙鍵，三鍵，由分子的不飽和度可以推斷分子中含有雙鍵，三鍵，環(huán)，芳環(huán)的數目，驗證譜圖解析的正確性。環(huán)，芳環(huán)的數目，驗證譜圖解析的正確性。例：例： C9H8O2 = （2 +2 9 8 ）/ 2 = 61、OH 3650 3200 cm-1 確定確定 醇，酚，酸醇，酚，酸2、不飽和碳原子上的不飽和碳原子上的=CH（ CH ） 苯環(huán)上的苯環(huán)上的CH 3030 cm-1

4、 =CH 3010 2260 cm-1 CH 3300 cm-1 3、 C=O （1850 1600 cm-1 ）碳氧雙鍵的特征峰，強度大，）碳氧雙鍵的特征峰，強度大，峰尖銳。峰尖銳。4、單核芳烴單核芳烴 的的C=C鍵伸縮振動（鍵伸縮振動（1626 1650 cm-1 ） 主要官能團的吸收頻率范圍主要官能團的吸收頻率范圍 各種官能團的吸收頻率范圍各種官能團的吸收頻率范圍從第一區(qū)域到第四區(qū)域，從第一區(qū)域到第四區(qū)域，4000cm-1到到400cm-1各種官能團的特征吸收頻各種官能團的特征吸收頻率范圍。率范圍。區(qū)區(qū)域域基基 團團吸收頻吸收頻率率（cm-1cm-1）振動形式振動形式吸吸收收強強度度說說

5、 明明第第一一區(qū)區(qū)域域 OHOH（游離）（游離）OHOH（締合）（締合）NHNH2 2，NHNH（游離）（游離）NHNH2 2，NHNH（締合）（締合）SHSHCHCH伸縮振動伸縮振動不飽和不飽和CHCHCHCH（叁鍵）（叁鍵）CHCH（雙鍵）（雙鍵）苯環(huán)中苯環(huán)中CHCH飽和飽和CHCHCHCH3 3 CHCH3 3CHCH2 2CHCH2 23 6 5 0 3 6 5 0 358035803 4 0 0 3 4 0 0 320032003 5 0 0 3 5 0 0 330033003 4 0 0 3 4 0 0 310031002 6 0 0 2 6 0 0 250025003300330

6、0附近附近3 0 1 0 3 0 1 0 3040304030303030附近附近296029605 5287028701010293029305 5285028501010伸縮伸縮伸縮伸縮伸縮伸縮伸縮伸縮伸縮伸縮伸縮伸縮伸縮伸縮伸縮伸縮反對稱伸縮反對稱伸縮對稱伸縮對稱伸縮反對稱伸縮反對稱伸縮對稱伸縮對稱伸縮m m ，shshs s，b bm ms s，b bs ss ss ss ss ss ss s判斷有無醇類、酚類和有機酸的重判斷有無醇類、酚類和有機酸的重要依據要依據不飽和不飽和CHCH伸縮振動出現在伸縮振動出現在3000cm-3000cm-1 1以上以上末端末端CH2CH2出現在出現在3

7、085cm-13085cm-1附近附近強度上比飽和強度上比飽和CHCH稍弱，但譜帶較稍弱，但譜帶較尖銳尖銳飽和飽和CHCH伸縮振動出現在伸縮振動出現在3000cm-13000cm-1以下（以下（30002800cm-130002800cm-1），取代基），取代基影響較小影響較小三元環(huán)中的三元環(huán)中的CH2CH2出現在出現在3050cm-13050cm-1CHCH出現在出現在2890cm-12890cm-1，很弱，很弱第二區(qū)域CNCNNN NN CCCCC=C=CC=C=C22602220226022202310213523102135226021002260210019501950附近附近伸縮伸

8、縮伸縮伸縮伸縮伸縮伸縮伸縮s s 針針狀狀m mv vv v干擾少干擾少RCCHRCCH，2100214021002140；RRCCRCCR，2190226021902260；若；若R=RR=R，對稱分子無紅外譜帶，對稱分子無紅外譜帶 第三區(qū)域C=CC=C芳環(huán)中芳環(huán)中C=CC=CC=OC=ONONO2 2NONO2 2S=OS=O168016201680162016001600，1580158015001500，145014501850160018501600160015001600150013001250130012501220104012201040伸縮伸縮伸縮伸縮伸縮伸縮反對稱伸縮反對稱

9、伸縮對稱伸縮對稱伸縮伸縮伸縮m m，w wv vs ss ss ss s苯環(huán)的骨架振動苯環(huán)的骨架振動其他吸收帶干擾少，是判斷羰其他吸收帶干擾少，是判斷羰基（酮類、酸類、酯類、酸酐基（酮類、酸類、酯類、酸酐等）的特征頻率，位置變動大等）的特征頻率，位置變動大 各種官能團的吸收頻率范圍各種官能團的吸收頻率范圍四四區(qū)區(qū)域域COCOCOCCOCCHCH3 3，CHCH2 2CHCH3 3NHNH2 2CFCFCClCClCBrCBrCICI=CH=CH2 2（CHCH2 2）n,n4n,n41 3 0 0 1 3 0 0 10001000900115090011501460146010101 3 7

10、0 1 3 7 0 138013801 6 5 0 1 6 5 0 156015601 4 0 0 1 4 0 0 10001000800600800600600500600500500200500200910890910890720720伸縮伸縮伸縮伸縮CHCH3 3反對稱反對稱變形，變形，CHCH2 2變變形形對稱變形對稱變形變形變形伸縮伸縮伸縮伸縮伸縮伸縮伸縮伸縮面外搖擺面外搖擺面內搖擺面內搖擺s ss sm ms sm,sm,ss ss ss ss ss svCOCO鍵（酯、醚、醇類）的極性很鍵（酯、醚、醇類）的極性很強，故強度強，常成為譜圖中最強強，故強度強，常成為譜圖中最強的吸收的

11、吸收醚類中醚類中COCCOC的的asas=1100=11005050是最強的吸收。是最強的吸收。CCOCOC對稱伸縮在對稱伸縮在90010009001000，較弱，較弱大部分有機化合物都含有大部分有機化合物都含有CHCH3 3、CHCH2 2基，因此此峰經常出現基，因此此峰經常出現 各種官能團的吸收頻率范圍各種官能團的吸收頻率范圍根據特征吸收的位置，判斷可能存在的特征官能團根據特征吸收的位置，判斷可能存在的特征官能團圖譜解析訓練圖譜解析訓練1 1圖譜解析訓練圖譜解析訓練2 2圖譜解析訓練圖譜解析訓練3 3圖譜解析訓練圖譜解析訓練4 4例5:根據分子式和紅外光譜確定結構式CH3CH(CH3)2例

12、6:根據分子式和紅外光譜確定結構式CH3CHCH2CH2OHCH3例7:根據分子式和紅外光譜確定結構式CH3CCH2CH2CH=CH2O例8. 判斷Z-3-己烯-1-醇和E-3-己烯-1-醇.EZ例9. 選擇正確答案3、紅外光譜的應用舉例（1）已知化合物的確認用已知物的標準樣品和待測物在相同條件下測定紅外光譜，進行對照。例：為了確定用發(fā)酵法生產D-核糖的結構，在相同的條件下，測試發(fā)酵產物與標準樣品的紅外光譜，其紅外光譜與標準D-核糖完全一致，可確定發(fā)酵產物為D-核糖。分析樣品與標準譜圖對比例：要鑒定衣服上的染料成分。檢材經分離提純后，測得染料紅外譜圖，查閱薩特勒標準譜圖，發(fā)現與X1705號羅丹

13、明B的譜圖相同，因此可確定送檢衣物上的染料是羅丹明B。比較二樣品的同一性例：在保險柜被砸盜竊案中，一把榔頭粘有微量該皮斑痕(檢材)，將檢材與被砸保險柜的漆皮(比對物)用微量壓片法制樣并測繪其紅外譜圖，結果檢材與比對物的紅外圖完全相同，表明兩者具有相同的成分，為定案提供了物證。（2）通過基團的特征頻率跟蹤檢測反應歷程紅外吸收光譜可用于驗證反應是否朝預定方向進行，主要是利用原料和產物相應的特征峰的差別。例1：由5-硝基靛紅肟通過熱裂解反應制備4-硝基-2-氰基苯胺：反應原料5-硝基靛紅肟的紅外光譜在1700cm-1附近有很強的碳基吸收峰，而產物4-硝基-2-氰基苯胺在2200cm-1附近有明顯的氰

14、基峰，因此該反應可以通過碳基的逐漸消失，氰基的逐漸形成進行檢測。在反應過程中可定時取少量樣品測定紅外光譜，根據其光譜圖中羰基和氰基的變化，判斷反應的進行程度。例紅外吸收光譜應用舉例例2：利用紅外光譜分析聚氨酯涂料的固化過程圖(a)是聚氨酯清漆H552的原始光譜，由譜圖可以得知，其樹脂結構中的聚合單體含有少量的苯乙烯和帶羥基的單體，702cm-1和706cm-1是苯乙烯的特征峰，3503cm-1是羥基的特征吸收蜂。圖(b)是聚氨酯涂料的固化劑多異氰酸酯，它的特征蜂在2272cm-1。圖(c)為H552清漆與固化劑混合后末固化漆膜的紅外光譜，可以發(fā)現固化劑中-NCO在2272cm-1的吸收峰不與清

15、漆的吸收蜂重疊，并且不受其他蜂的干擾。紅外吸收光譜應用舉例三紅外吸收光譜應用舉例圖(d)是末固化、固化5min和固化60min漆膜的紅外光譜?？梢钥闯?，隨著固化時間的增加，異氰酸根在2272cm-1的吸收峰和羥基在3503cm-1的吸收峰逐漸減小，而亞胺基3382cm-1的特征峰逐漸增大，說明異氰酸根和羥基發(fā)生化學反應，生成氨酯鍵-NHCOO。隨著固化程度的不斷深入，異氰酸基和羥基基不斷消耗，當異氰酸基完全消失時，漆膜就完全固化?？衫眉t外光譜考查不同固化時間的固化程度，確定了其固化條件。紅外吸收光譜應用舉例（3）利用紅外光譜進行產品純度的鑒定樣品中若含有雜質，它的紅外譜圖與純物質相比，會出現

16、多余的吸收峰，可以比較物質提純前后的紅外光譜來了解物質提純過程中雜質的消除情況，以此來鑒定物質的純凈程度。例如：二甲苯產品中含有鄰、間、對三種異構體，為了得到其中對二甲苯純品，采用低溫分布結晶法提純，可用紅外光譜來鑒定分離提純的程度。如圖(a)、(b)、(c)所示。紅外吸收光譜應用舉例(a)是第一級分離產物的光譜，除800cm-1附近的對二甲苯特征峰外，還有間二甲苯(770cm-1和700cm-1附近)和鄰二甲苯(750cm-1附近)的特征吸收峰。(b)是二級分離產物的光譜，可以看出對二甲苯的純度有所提高，但鄰位和間位的二甲苯依然存在。(c)是第三級分離產物的光譜，可以看出經過多次提純后，產品

17、只有所得要的對二甲苯的特征峰，鄰位和間位對應的吸收峰已消失，說明分離已達到了一定的純度。紅外吸收光譜應用舉例（4）利用紅外光譜對化合物進行分析鑒定例：3,4,5-三甲氧基苯甲醛(TMB)的合成路線如下：對合成實驗的后三步反應可根據取代基的變化采用紅外光譜法進行定性分析。紅外吸收光譜應用舉例圖(a)是第三步合成中間體的紅外譜圖，反應中苯環(huán)4-位上的二溴甲烷水解為醛，因此在特征區(qū)出現了位于1670cm-1的最強峰，應當是碳基的吸收峰；1800cm-1附近的兩個弱峰可視為苯環(huán)四取代的倍頻峰；3160cm-1處的中寬峰為羥基峰，其波數低移的原因是分子間形成氫鍵；2870cm-1處的弱尖峰說明芳香醛的存

18、在，由以上分析可初步確定該步合成反應的產物即3,5-二溴代-4-氧基苯甲醛。紅外吸收光譜應用舉例圖(b)是第四步合成反應中間體的紅外光譜，將其與圖(a)比較，可明顯看出，特征區(qū)的2850cm-1和2960cm-1兩處出現弱尖峰，是芳醚化合物中甲基的吸收峰；1260cm-1及l(fā)030cm-1處的吸收峰為芳醚的C-O-吸收特征峰，這幾個峰的出現可以說明產物出現芳醚結構。紅外吸收光譜應用舉例圖(c)是該合成實驗最終產物的紅外譜圖。比較圖(b)，在圖(c)中特征區(qū)的3160cm-1的中寬峰已消失，說明產物中已不存在羥基；2850cm-1處吸收峰的加強表明產物中-O-CH3的相對含量增大。通過以上的譜圖分析，可以得出