紅外光譜測定有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)

1、苯甲醇分子結(jié)構(gòu)的紅外光譜吸收法測定課程：波譜分析指導(dǎo)老師：張萬生姓名：狐志超趙文強(qiáng)年級： 2012 級專業(yè)：牛物工程紅外光譜測定有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)【摘要】:紅外吸收光譜是目前在有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)研究中以及藥物合成及鑒定等工作中，廣泛應(yīng)用的吸收光譜。其優(yōu)點(diǎn)在于所需樣品量少 （1 一2毫克）,操作簡便，費(fèi)時間短（2 3小時），就能得出滿意的結(jié)果。在 我國這種方法已開始普遍應(yīng)用。本文擬對應(yīng)用這種光譜測定化合物結(jié) 構(gòu)時所經(jīng)常遇到的一些問題做簡短的介紹。航外吸收光譜產(chǎn)生的一般 原理分子吸收具有不同能量的光子后，變成分子振動的能量、轉(zhuǎn)動的 能量及電子躍遷所需要的能量，因此顯示出三類光譜：振動光譜、轉(zhuǎn)動 光譜及

2、電子光譜。因?yàn)檗D(zhuǎn)動能量較低，【關(guān)鍵詞】：有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)測定化合物結(jié)構(gòu)紅外光譜一、目的要求（1）學(xué)習(xí)用紅外吸收光譜進(jìn)行化合物的定性分析，（2）掌握用壓片法制作固體試樣晶片的方法；（3）熟悉紅外分光光度儀的工作原理及其使用方法。二、實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)一定頻率（一定能量）的紅外光照射分子時，如果分子某個基 團(tuán)的振動頻率和外界紅外輻射頻率一致，二者就會產(chǎn)生共振。此時， 光的能量通過分子偶極矩的變化傳遞給分子，這個基團(tuán)就吸收一定頻 率的紅外光，產(chǎn)生振動躍遷（由原來的基態(tài)躍遷到了較高的振動能 級），從而產(chǎn)生紅外吸收光譜。如果紅外光的振動頻率和分子中各基團(tuán)的振動頻率不一致，該部分紅外光就不會被吸收。用連續(xù)改變頻率

3、的紅外光照射某試樣，將分子吸收紅外光的情況用儀器記錄下來，就得到試樣的紅外吸收光譜圖。由于振動能級的躍遷伴隨有轉(zhuǎn)動能級的 躍遷，因此所得的紅外光譜不是簡單的吸收線，而是一個個吸收帶。在化合物分子中，具有相同化學(xué)鍵的原子基團(tuán)，其基本振動頻率 吸收峰（簡稱基頻峰）基本上出現(xiàn)在同一頻率區(qū)域內(nèi)，例如， CH（CH05CH、CH（CHO4ON 和 CH（CH05CH=a#分子中都有-CH3,-CH2- 基團(tuán)，它們的伸縮振動基頻峰與圖1 CH3（CH）6CH分子的紅外吸收光譜中-CHb, -CH2-基團(tuán)的伸縮振動基頻峰都出現(xiàn)在同一頻率區(qū)域內(nèi)，即在v 3000cm1波數(shù)附近，但又有所不同，這是因?yàn)橥活愋驮?/p>

4、子基團(tuán)， 在不同化合物分子中所處的化學(xué)環(huán)境有所不同，使基頻峰頻率發(fā)生一定移動，例如-C = O基團(tuán)的伸縮振動基頻峰頻率一般出現(xiàn)在18501860cm1范圍內(nèi)，當(dāng)它位于酸酊中時，nC=g 18201750cmh在酯 類中時，為17501725cm1;在醛中時，為17401720cm1;在酮類 中時，為172517l0cm-1;在與苯環(huán)共軸時，如乙猷苯中nC=Ol 1695 1680cm1，在酰胺中時，nC=O為1650cm1等。因此，掌握各種原子基 團(tuán)基頻蜂的頻率及其位移規(guī)律，就可應(yīng)用紅外吸收光譜來確定有機(jī)化 合物分子中存在的原子基團(tuán)及其在分子結(jié)構(gòu)中的相對位置。苯甲酸分子中各原子基團(tuán)的基頻峰如下

5、圖：原子基團(tuán)的基本振動形式基頻峰的頻率/cm 1n = C-H（Ar 上）3077,3012n C=C（Ar 上）1600,1582,1495,1450d = C-H(Ar上鄰接五氫)715,690n O-H(形成氫鍵二聚體)30002500（多重峰）d O-H935n C=O1400d C-O-H(面內(nèi)彎曲振動)1250本實(shí)驗(yàn)用漠化鉀晶體稀釋苯甲酸試樣，研磨均勻后，壓制成晶片, 測繪試樣的紅外吸收光譜。三. 實(shí)驗(yàn)儀器及試劑儀器：紅外傅利葉紅外光譜儀、粉未壓片機(jī)、瑪瑙研缽、快速紅外干燥試劑：KBr(A.R.) 苯甲酸(G.R.)四、實(shí)驗(yàn)步驟1. 固體試劑苯甲酸的紅外吸收譜圖的繪制(1) 取干燥

6、的苯甲酸試樣12mg置于瑪瑙研缽中充分磨細(xì)，再加入150mg干燥的KBr研磨至完全混勻，顆粒粒度約為 2m(2) 取出約100mg昆合物裝入干凈的壓模內(nèi)，置于壓片機(jī)上，在80MPffi力下壓8min,制成透射比超過40%勺透明試樣薄片。(3) 將試樣薄片裝在試樣架上，插入紅外光譜儀試樣池的光路中，用純KBr薄片為參比片。按儀器操作方法從4000cm-1掃譜至650cm-1(4) 掃譜結(jié)束后，取下試樣架，取出薄片，按要求將模具、試樣 架等榛凈收好。五、結(jié)果與分析苯甲酸的紅外光譜圖的紅外譜圖如下:IOO40虬 2如 200030002345?7&10 y 12 13 14 15g«

7、;64-()2 CM曜妙»圖142葦糧的紅外光誰1* 0-H的拉忡振辦 2* C-0的枚伸振祉3,5* 0-H的考折振珈心C-0的拉伸眼動(1) 官能團(tuán)區(qū)1. 在 1600cm1 1581cm1, 1419cm1 1454cm1 內(nèi)出現(xiàn)四指峰，由此確定存在單核芳炷C=C骨架，所以存在苯環(huán)。2. 在20001700cm1之間有鋸齒狀的倍頻吸收峰，所以為單取 代苯。3. 在1683cm1存在強(qiáng)吸收峰，這是短酸中短基的振動產(chǎn)生的。14. 在32002500cm區(qū)域有寬吸收峰，所以有較酸的 O-H鍵伸 縮振動。(2) 在指紋區(qū)700cm-1左右的705crr1和667cm1為單取代苯C H變

8、形振動的特 征吸收峰；六、問題討論(1) 用壓片法制樣時，為什么要求將固體試樣研磨到顆粒粒度約為m 右?答:紅外吸收光譜法是以一定波長的紅外光照射物質(zhì)時，若該紅外光的頻率能滿足物質(zhì)分子中某些基團(tuán)振動能級的躍遷頻率條件，則該分子就吸收這一波長紅外光的輻射能量，引起偶極矩的變化，而由基態(tài)振動能級躍遷到較高能量的激發(fā)態(tài)振動能級.檢測物質(zhì)分子對不 同波長紅外光的吸收強(qiáng)度，就可以得到該物質(zhì)的紅外吸收光譜，如果 固體顆粒過大將嚴(yán)重影響紅外線的透過，從而干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確 性.(2) 用漠化鉀壓片法制樣時，對試樣的制片有何要求？答:在制樣時，盡量避免引入雜質(zhì),并掌握好樣品與KBr的比例以 及錠片的厚度，以得

9、到一個質(zhì)量好的透明的錠片.(3) 在測定固體紅外譜圖時，如果沒有把水分完全除去，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果 有什么影響？答：水本身有紅外吸收，會嚴(yán)重干擾樣品譜，而且會侵蝕吸收池的 鹽窗.(4) 在用紅外光譜測定和分析物質(zhì)結(jié)構(gòu)時，對譜圖進(jìn)行解析應(yīng)遵循哪 些規(guī)則？答:譜圖解析步驟如下：先特征,后指紋；先最強(qiáng)峰，后次強(qiáng)峰；先 粗查,后細(xì)找；先否定,后肯定，一抓一組峰.光譜解析先從特征區(qū)第一 強(qiáng)峰下手，確認(rèn)可能的歸屬，然后找出與第一強(qiáng)峰相關(guān)的峰.第一強(qiáng)峰 確認(rèn)后,再一次解析特征區(qū)的第二強(qiáng)峰、第三強(qiáng)峰，方法同上.對于簡單的光譜，一般解析一兩組相關(guān)峰即可確定未知物的分子結(jié)構(gòu).對于復(fù)雜化合物的光譜由于官能團(tuán)的相互影響，解析

10、困難，可粗略解析后， 查對標(biāo)準(zhǔn)光譜或進(jìn)行綜合光譜解析.七. 注意事項(xiàng)1. KBr應(yīng)干燥無水，固體試樣研磨和放置均應(yīng)在紅外燈下，防止吸水變 潮;KBr和樣品的質(zhì)量比約在100200:1之間.2. 可拆式液體池的鹽片應(yīng)保持干燥透明，切不可用手觸摸鹽片表面； 每次測定前后均應(yīng)在紅外燈下反復(fù)用無水乙醇及滑石粉拋光，用鏡頭 紙擦拭干凈，在紅外燈下烘干后，置于干燥器中備用.鹽片不能用水沖【參考文獻(xiàn)】1 尼高力FT IR中國用戶協(xié)會編.傅立葉變換紅外光譜技術(shù)及應(yīng)用研討會論文集(三、四)C . 北京：建材工業(yè)出版社，1999.2 林水水，吳平平等.實(shí)用傅立葉變換紅外光譜學(xué)M .北京： 中國環(huán)境科學(xué)出版社，1991.3 周翠薇，朱衛(wèi)，戴慶平等.硫化膠制樣技術(shù)對紅外光譜分析的影響J .橡膠工業(yè)，1994, 41: 97 102.4 林德娟，潘海波等.納米固體超強(qiáng)酸SO2-4?Fe2O3的紅外光譜研究J .光譜學(xué)與光譜分析，2000, 10 (5) : 616 618.5 J Hong , S. - H. Ap