有机化合物结构分析教学PPT红外光谱分析.ppt

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1、,有机化合物结构分析 红外光谱解析,学习目的和要求：通过学习了解红外吸收光谱与分子结构的关系，能解析红外吸收光谱图。应当掌握：红外吸收光谱产生的条件及吸收峰的位置，峰数，峰强取决于哪些因素。2.掌握主要有机化合物的红外吸收光谱特征，吸收频率与基团的关系以及影响吸收频率的一些因素，能够确定八个主要的光谱区域。并能鉴别在这些领域里引起吸收的键振动的类型；能够利用红外吸收光谱鉴别各种异构体，并且能够解析化合物的结构。3.掌握红外吸收光谱的实验技术。,红外谱图解析,红外谱图解析的基本步骤：鉴定已知化合物：1.观察特征频率区：判断官能团，以确定所属化合物的类型。2.观察指纹区：进一步确定基团的结合方式。

2、3.对照标准谱图验证。,测定未知化合物：1.准备性工作：了解试样的来源、纯度、熔点、沸点等；,经元素分析确定实验式；,有条件时可有MS谱测定相对分子量，确定分子式；,根据分子式计算不饱和度，其经验公式为：,=1+n4+1/2（n3 n1）,式中：代表不饱和度；n1、n3、n4分别代表分 子中一价、三价和四价原子的数目。,双键和饱和环状结构的为1、三键为2、苯环为4。,2.按鉴定已知化合物的程序解析谱图。,谱图解析示例：,1.烷烃：,1.28532962cm-1 CH 伸缩振动；2.1460cm-1、1380cm-1 CH（CH3、CH2）面内弯曲振动 3.723cm-1 CH(CH2)n,n

3、4平面摇摆振动；若n4 吸 收峰将出现在734743cm-1处。,2.烯烃,1.3030cm-1=CH伸缩振动；2.CH 伸缩振动；3.1625cm-1 CC伸缩振动；4.CH（CH3、CH2）面内弯曲振动；,二者的明显差异：1.CC双键的伸缩振动吸收峰：顺式1650cm-1。反式与CH3、CH2的弯曲 振动接近。2.CH的平面弯曲振动吸收峰位置：顺式700cm-1；反式965cm-1。,红外吸收光谱解析顺序与原则：,解析顺序与原则：遵循“先特征(区)、后指纹(区)；先最强(峰)、后次强(峰)；先粗查、后细找；先否定、后肯定；解析一组相关峰”的顺序与原则。前三项是解析应遵循的顺序，后两项是解析

4、应遵循的原则。,红外光谱解析应遵循的顺序,“先粗查、后细找”先查“红外光谱的九个重要区段”及“主要基团相关图”。用前者了解所查吸收峰的起源(振动类型)；用后者了解此峰的相关峰，此步称为“粗查”。由本书附录“主要基团的红外特征吸收频率”提供的数据，仔细核对，确定所查对的吸收峰的归属，此步称为“细找”。,红外光谱解析应遵循的原则,“先否定、后肯定；解析一组相关峰”因为某吸收峰不存在，而否定某官能团不存在，比有某吸收峰，肯定某官能团的存在，确凿有力。因此，应先否定，后肯定，以防误认。由“一组相关峰”确定一个官能团的存在是又一重要原则，不但可防止孤立解析，而且能将未知物的红外吸收光谱上的吸收峰按相关关

5、系分组，便于解析。一般解析数组相关峰，即可完成解析任务。,红外光谱的八个峰区,重要官能团的红外特征吸收,振动,吸收峰,化合物,C-H拉伸（或伸缩）,C-H弯曲,烷烃,2960-2850cm-1,-CH2-,1460cm-1-CH3,1380cm-1 异丙基，两个等强度的峰三级丁基，两个不等强度的峰,振动,吸收峰,化合物,C-H拉伸（或伸缩）,C=C，CC，C=C-C=C苯环(拉伸或伸缩),C-H弯曲,烯烃,1680-1620,1000-800,RCH=CH2 1645（中）R2C=CH2 1653（中）顺RCH=CHR 1650（中）反RCH=CHR 1675（弱）,3000（中）,3100-

6、3010,三取代 1680（中-弱）,四取代 1670（弱-无）,四取代 无,共轭烯烃,与烯烃同,向低波数位移，变宽,与烯烃同,910-905强,995-985强,895-885强,730-650弱且宽,980-965强,840-790强,无,强,吸收峰,化合物,振动,C-H拉伸（或伸缩）,C=C，CC，C=C-C=C苯环,C-H弯析,炔烃,3310-3300,一取代 2140-2100弱,非对称二取代2260-2190弱,700-600,3110-3010中,1600中,670弱,倍频 2000-1650,邻-770-735强,间-810-750强 710-690中对-833-810强,泛频

7、 2000-1660,取代芳烃,较强,对称 无,强,同芳烃,同芳烃,1580弱,1500强,1450弱-无,一取代770-730，710-690强,二取代,芳烃,类 别,拉 伸,说 明,R-X,C-F C-Cl C-Br C-I,1350-1100强750-700 中 700-500 中 610-685 中,游离 3650-3500缔合3400-3200宽峰,不明显,醇、酚、醚,-OH,C-O,1200-1000,不特征,胺,RNH2R2NH,3500-3400（游离）缔合降低100,3500-3300（游离）缔合降低100,键和官能团,类别,拉 伸(cm-1),说 明,1770-1750（缔

8、合时在1710）,醛、酮,C=O,R-CHO,1750-1680,2720,羧酸,C=O,OH,酸酐,酰卤,酰胺,腈,气相在3550，液固缔合时在3000-2500（宽峰）,C=O,C=O,C=O,C=O,酯,1800,1860-1800 1800-1750,1735,NH2,1690-1650,3520，3380（游离）缔合降低100,CN,2260-2210,键和官能团,红外谱图解析 analysis of infrared spectrograph,1烷烃（CH3，CH2，CH）(CC,CH),-（CH2）n-n,CH2 s1465 cm-1,CH2 r 720 cm-1（水平摇摆）,重

9、叠,a)由于支链的引入，使CH3的对称变形振动发生变化。b)CC骨架振动明显,c)CH2面外变形振动(CH2)n，证明长碳链的存在。,n=1 770785 cm-1（中）n=2 740 750 cm-1（中）n=3 730 740 cm-1（中）n 722 cm-1（中强）,d)CH2和CH3的相对含量也可以由1460 cm-1和1380 cm-1的峰 强度估算强度,c)CH2面外变形振动(CH2)n，证明长碳链的存在。,n=1 770785 cm-1（中）n=2 740 750 cm-1（中）n=3 730 740 cm-1（中）n 722 cm-1（中强）,d)CH2和CH3的相对含量也可

10、以由1460 cm-1和1380 cm-1的峰 强度估算强度,2.烯烃，炔烃,a)C-H 伸缩振动(3000 cm-1),b)C=C 伸缩振动(1680-1630 cm-1),1660cm-1,分界线,分界线1660cm-1 顺强，反弱 四取代（不与O，N等相连）无（C=C）峰 端烯的强度强 共轭使（C=C）下降20-30 cm-1,2140-2100cm-1（弱）2260-2190 cm-1（弱）,总结,c)C-H 变形振动(1000-700 cm-1),面内变形（=C-H）1400-1420 cm-1（弱）面外变形（=C-H）1000-700 cm-1（有价值）,谱图,对比,烯烃顺反异构体

11、,3.醇（OH）OH，CO,a)-OH 伸缩振动(3600 cm-1)b)碳氧伸缩振动(1100 cm-1),OH基团特性,双分子缔合（二聚体）3550-3450 cm-1多分子缔合（多聚体）3400-3200 cm-1,分子内氢键：,分子间氢键：,多元醇（如1，2-二醇）3600-3500 cm-1螯合键（和C=O，NO2等）3200-3500 cm-1多分子缔合（多聚体）3400-3200 cm-1,分子间氢键随浓度而变，而分子内氢键不随浓度而变。,水（溶液）3710 cm-1水（固体）3300cm-1结晶水 3600-3450 cm-1,3515cm-1,3640cm-1,3350cm-

12、1,乙醇在四氯化碳中不同浓度的IR图,2950cm-1,2895 cm-1,脂族和环的C-O-C as 1150-1070cm-1,芳族和乙烯基的=C-O-C,as 1275-1200cm-1（1250cm-1）,s 1075-1020cm-1,4.醚（COC）,脂族 R-OCH3 s(CH3)2830-2815cm-1 芳族 Ar-OCH3 s(CH3)2850cm-1,5醛、酮,醛,6羧酸及其衍生物,羧酸的红外光谱图,酰胺的红外光谱图,不同酰胺吸收峰数据,酸酐和酰氯的红外光谱图,氰基化合物的红外光谱图,CN=2275-2220cm-1,硝基化合物的红外光谱图,AS（N=O）=1565-15

13、45cm-1,S（N=O）=1385-1350cm-1,脂肪族,芳香族,S（N=O）=1365-1290cm-1,AS（N=O）=1550-1500cm-1,傅立叶变换红外光谱仪的原理与特点,光源发出的辐射经干涉仪转变为干涉光，通过试样后，包含的光信息需要经过数学上的傅立叶变换解析成普通的谱图。特点：(1)扫描速度极快(1s)；适合仪器联用；(2)不需要分光，信号强，灵敏度很高；(3)仪器小巧。,傅里叶变换红外光谱仪结构框图,干涉仪,光源,样品室,检测器,显示器,绘图仪,计算机,干涉图,光谱图,FTS,傅里叶变换红外光谱仪工作原理图,迈克尔干涉仪工作原理图,色散型红外光谱仪主要部件,(1)光源

14、 能斯特灯：氧化锆、氧化钇和氧化钍烧结制成的中空或实心圆棒，直径1-3 mm，长20-50mm；室温下，非导体，使用前预热到800 C；特点：发光强度大；寿命0.5-1年；硅碳棒：两端粗，中间细；直径5 mm，长20-50mm；不需预热；两端需用水冷却；(2)单色器 光栅；傅立叶变换红外光谱仪不需要分光；,(3)检测器 真空热电偶；不同导体构成回路时的温差电现象涂黑金箔接受红外辐射；傅立叶变换红外光谱仪采用热释电(TGS)和碲镉汞(MCT)检测器；TGS：硫酸三苷肽单晶为热检测元件；极化效应与温度有关，温度高表面电荷减少(热释电)；响应速度快；高速扫描；,制样方法 sampling methods,1）气体气体池,2）液体：,液膜法难挥发液体（BP80C）溶液法液体池,溶剂：CCl4，CS2常用。,3)固体:,研糊法（液体石腊法）KBR压片法薄膜法,联用技术 hyphenated technology,GC/FTIR（气相色谱红外光谱联用）,LC/FTIR（液相色谱红外光谱联用）,MIC/FTIR（显微红外光谱）微量及微区分析,