紅外解析實(shí)例與應(yīng)用簡(jiǎn)介

紅外解譜練習(xí)與應(yīng)用簡(jiǎn)介

解析紅外譜圖，獲得官能團(tuán)的基本信息，推導(dǎo)未知物的可能結(jié)構(gòu)

能力目標(biāo)

認(rèn)識(shí)紅外光譜圖，分析特點(diǎn)橫坐標(biāo)波數(shù)，縱坐標(biāo)百分透過(guò)率，谷底表示吸收峰。特征區(qū)：4000-1350指紋區(qū)：1350

650cm-1譜圖解析的一般程序

圖解析方法：先根據(jù)分子式其不飽和度，初步判斷結(jié)構(gòu)，查看特征官能團(tuán)區(qū)，判斷官能團(tuán)的種類(lèi)，最后查看指紋區(qū)，判斷其精細(xì)結(jié)構(gòu)，確定結(jié)構(gòu)式注意：在解析過(guò)程中，要把注意力集中到主要基團(tuán)的相關(guān)峰上，避免孤立解析。

分子的不飽和度定義：不飽和度是指分子結(jié)構(gòu)中達(dá)到飽和所缺一價(jià)元素的“對(duì)”數(shù)。如：乙烯變成飽和烷烴需要兩個(gè)氫原子，不飽和度為1。計(jì)算：若分子中僅含一，二，三，四價(jià)元素（H，O，N，C），則可按下式進(jìn)行不飽和度的計(jì)算：

=（2+2n4+n3–n1

）/2

n4，n3，n1

分別為分子中四價(jià)，三價(jià)，一價(jià)元素?cái)?shù)目。作用：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(shù)目，驗(yàn)證譜圖解析的正確性。例：C9H8O2

=（2+29

–8）/2=61、—O—H3650

3200cm-1

確定醇，酚，酸

2、不飽和碳原子上的=C—H（

C—H

）

苯環(huán)上的C—H3030cm-1

=C—H3010

2260cm-1

C—H3300cm-1

3、C=O（1850

1600cm-1）碳氧雙鍵的特征峰，強(qiáng)度大，峰尖銳。

4、單核芳烴的C=C鍵伸縮振動(dòng)（16261650cm-1）

主要官能團(tuán)的吸收頻率范圍

各種官能團(tuán)的吸收頻率范圍從第一區(qū)域到第四區(qū)域，4000cm-1到400cm-1各種官能團(tuán)的特征吸收頻率范圍。區(qū)域基團(tuán)吸收頻率（cm-1）振動(dòng)形式吸收強(qiáng)度說(shuō)明第

一

區(qū)

域

—OH（游離）—OH（締合）—NH2，—NH（游離）—NH2，—NH（締合）—SHC—H伸縮振動(dòng)不飽和C—H

≡C—H（叁鍵）═C—H（雙鍵）苯環(huán)中C—H

飽和C—H

—CH3

—CH3—CH2—CH23650—35803400—32003500—33003400—31002600—2500

3300附近3010—30403030附近

2960±52870±102930±52850±10伸縮伸縮伸縮伸縮伸縮

伸縮伸縮伸縮

反對(duì)稱(chēng)伸縮對(duì)稱(chēng)伸縮反對(duì)稱(chēng)伸縮對(duì)稱(chēng)伸縮m，shs，bms，b

sss

ssss判斷有無(wú)醇類(lèi)、酚類(lèi)和有機(jī)酸的重要依據(jù)

不飽和C—H伸縮振動(dòng)出現(xiàn)在3000cm-1以上

末端═C—H2出現(xiàn)在3085cm-1附近強(qiáng)度上比飽和C—H稍弱，但譜帶較尖銳飽和C—H伸縮振動(dòng)出現(xiàn)在3000cm-1以下（3000—2800cm-1），取代基影響較小

三元環(huán)中的CH2出現(xiàn)在3050cm-1—C—H出現(xiàn)在2890cm-1，很弱第二區(qū)域—C≡N—N≡N—C≡C—

—C=C=C—2260—22202310—21352260—2100

1950附近伸縮伸縮伸縮

伸縮s針狀mv

v干擾少

R—C≡C—H，2100—2140；R—C≡C—R`，2190—2260；若R`=R，對(duì)稱(chēng)分子無(wú)紅外譜帶

第

三

區(qū)

域C=C芳環(huán)中C=C

—C=O

—NO2—NO2S=O1680—16201600，15801500，14501850—1600

1600—15001300—12501220—1040伸縮伸縮

伸縮

反對(duì)稱(chēng)伸縮對(duì)稱(chēng)伸縮伸縮m，wv

s

sss

苯環(huán)的骨架振動(dòng)

其他吸收帶干擾少，是判斷羰基（酮類(lèi)、酸類(lèi)、酯類(lèi)、酸酐等）的特征頻率，位置變動(dòng)大

各種官能團(tuán)的吸收頻率范圍

四

區(qū)

域C—O

C—O—C

—CH3，—CH2

—CH3—NH2C—FC—ClC—BrC—I=CH2—（CH2）n—,n>41300—1000

900—1150

1460±10

1370—13801650—15601400—1000800—600600—500500—200910—890720伸縮

伸縮

—CH3反對(duì)稱(chēng)變形，CH2變形對(duì)稱(chēng)變形變形伸縮伸縮伸縮伸縮面外搖擺面內(nèi)搖擺s

s

m

sm,ssssssvC—O鍵（酯、醚、醇類(lèi)）的極性很強(qiáng)，故強(qiáng)度強(qiáng)，常成為譜圖中最強(qiáng)的吸收醚類(lèi)中C—O—C的νas=1100±50是最強(qiáng)的吸收。C—O—C對(duì)稱(chēng)伸縮在900—1000，較弱大部分有機(jī)化合物都含有CH3、CH2基，因此此峰經(jīng)常出現(xiàn)

各種官能團(tuán)的吸收頻率范圍根據(jù)特征吸收的位置，判斷可能存在的特征官能團(tuán)圖譜解析訓(xùn)練1圖譜解析訓(xùn)練2圖譜解析訓(xùn)練3圖譜解析訓(xùn)練4例5:根據(jù)分子式和紅外光譜確定結(jié)構(gòu)式例6:根據(jù)分子式和紅外光譜確定結(jié)構(gòu)式例7:根據(jù)分子式和紅外光譜確定結(jié)構(gòu)式例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(yīng)用舉例（1）已知化合物的確認(rèn)用已知物的標(biāo)準(zhǔn)樣品和待測(cè)物在相同條件下測(cè)定紅外光譜，進(jìn)行對(duì)照。例：為了確定用發(fā)酵法生產(chǎn)D-核糖的結(jié)構(gòu)，在相同的條件下，測(cè)試發(fā)酵產(chǎn)物與標(biāo)準(zhǔn)樣品的紅外光譜，其紅外光譜與標(biāo)準(zhǔn)D-核糖完全一致，可確定發(fā)酵產(chǎn)物為D-核糖。分析樣品與標(biāo)準(zhǔn)譜圖對(duì)比例：要鑒定衣服上的染料成分。檢材經(jīng)分離提純后，測(cè)得染料紅外譜圖，查閱薩特勒標(biāo)準(zhǔn)譜圖，發(fā)現(xiàn)與X1705號(hào)羅丹明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(xiǎn)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(xiǎn)柜的漆皮(比對(duì)物)用微量壓片法制樣并測(cè)繪其紅外譜圖，結(jié)果檢材與比對(duì)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(guò)基團(tuán)的特征頻率跟蹤檢測(cè)反應(yīng)歷程紅外吸收光譜可用于驗(yàn)證反應(yīng)是否朝預(yù)定方向進(jìn)行，主要是利用原料和產(chǎn)物相應(yīng)的特征峰的差別。例1：由5-硝基靛紅肟通過(guò)熱裂解反應(yīng)制備4-硝基-2-氰基苯胺：反應(yīng)原料5-硝基靛紅肟的紅外光譜在1700cm-1附近有很強(qiáng)的碳基吸收峰，而產(chǎn)物4-硝基-2-氰基苯胺在2200cm-1附近有明顯的氰基峰，因此該反應(yīng)可以通過(guò)碳基的逐漸消失，氰基的逐漸形成進(jìn)行檢測(cè)。在反應(yīng)過(guò)程中可定時(shí)取少量樣品測(cè)定紅外光譜，根據(jù)其光譜圖中羰基和氰基的變化，判斷反應(yīng)的進(jìn)行程度。例

紅外吸收光譜應(yīng)用舉例例2：利用紅外光譜分析聚氨酯涂料的固化過(guò)程圖(a)是聚氨酯清漆H552的原始光譜，由譜圖可以得知，其樹(shù)脂結(jié)構(gòu)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(xiàn)固化劑中-NCO在2272cm-1的吸收峰不與清漆的吸收蜂重疊，并且不受其他蜂的干擾。

紅外吸收光譜應(yīng)用舉例三紅外吸收光譜應(yīng)用舉例圖(d)是末固化、固化5min和固化60min漆膜的紅外光譜。可以看出，隨著固化時(shí)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(shuō)明異氰酸根和羥基發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，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(dāng)異氰酸基完全消失時(shí)，漆膜就完全固化?？衫眉t外光譜考查不同固化時(shí)間的固化程度，確定了其固化條件。紅外吸收光譜應(yīng)用舉例（3）利用紅外光譜進(jìn)行產(chǎn)品純度的鑒定樣品中若含有雜質(zhì)，它的紅外譜圖與純物質(zhì)相比，會(huì)出現(xiàn)多余的吸收峰，可以比較物質(zhì)提純前后的紅外光譜來(lái)了解物質(zhì)提純過(guò)程中雜質(zhì)的消除情況，以此來(lái)鑒定物質(zhì)的純凈程度。例如：二甲苯產(chǎn)品中含有鄰、間、對(duì)三種異構(gòu)體，為了得到其中對(duì)二甲苯純品，采用低溫分布結(jié)晶法提純，可用紅外光譜來(lái)鑒定分離提純的程度。如圖(a)、(b)、(c)所示。

紅外吸收光譜應(yīng)用舉例(a)是第一級(jí)分離產(chǎn)物的光譜，除800cm-1附近的對(duì)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(jí)分離產(chǎn)物的光譜，可以看出對(duì)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(jí)分離產(chǎn)物的光譜，可以看出經(jīng)過(guò)多次提純后，產(chǎn)品只有所得要的對(duì)二甲苯的特征峰，鄰位和間位對(duì)應(yīng)的吸收峰已消失，說(shuō)明分離已達(dá)到了一定的純度。紅外吸收光譜應(yīng)用舉例（4）利用紅外光譜對(duì)化合物進(jìn)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(duì)合成實(shí)驗(yàn)的后三步反應(yīng)可根據(jù)取代基的變化采用紅外光譜法進(jìn)行定性分析。紅外吸收光譜應(yīng)用舉例圖(a)是第三步合成中間體的紅外譜圖，反應(yīng)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(xiàn)了位于1670cm-1的最強(qiáng)峰，應(yīng)當(dāng)是碳基的吸收峰；1800cm-1附近的兩個(gè)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(shù)低移的原因是分子間形成氫鍵；2870cm-1處的弱尖峰說(shuō)明芳香醛的存在，由以上分析可初步確定該步合成反應(yīng)的產(chǎn)物即3,5-二溴代-4-氧基苯甲醛。紅外吸收光譜應(yīng)用舉例圖(b)是第四步合成反應(yīng)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(xiàn)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(gè)峰的出現(xiàn)可以說(shuō)明產(chǎn)物出現(xiàn)芳醚結(jié)構(gòu)。紅外吸收光譜應(yīng)用舉例圖(c)是該合成實(shí)驗(yàn)最終產(chǎn)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(shuō)明產(chǎn)物中已不存在羥基；2850cm-1處吸收峰的加強(qiáng)表明產(chǎn)物中-O-CH3的相對(duì)含量增大。通過(guò)以上的譜圖分析，可以得出結(jié)論，合成反應(yīng)的最終產(chǎn)物為3,4,5-三甲氧基苯甲醛。區(qū)域波數(shù)基團(tuán)備注3700~25003300-OH,NH，≡CH3100~