《红外谱图分析》PPT课件.ppt

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1、红外分谱图分析,红外光谱的特征性，基团频率,红外光谱的最大特点是具有特征性。复杂分子中存在许多原子基团，各个原子基团（化学键）在分子被激发后，都会产生特征的振动。,(1)X-H伸缩振动区：4000-2500cm-1。X可以是O,H,C和S原子。在这个区域内主要包括O-H，N-H,C-H 和S-H键伸缩振动，通常又称为“氢键区”。,（2）叁键和累积双键区：2500-1900cm-1。主要包括炔键-CC-，腈键-CN、丙二烯基-C=C=C-、烯酮基-C=C=O、异氰酸酯基-N=C=O等的反对称伸缩振动。,（3）双键伸缩振动区：1900-1200cm-1。主要包括C=C，C=O，C=N，-NO2等的

2、伸缩振动，芳环的骨架振动（skeletal vibration）等。,（4）X-Y伸缩振动及X-H变形振动区（单键区）（含指纹区）：1650cm-1。这个区域的光谱比较复杂，主要包括C-H，N-H变形振动，C-O，C-X（卤素）等伸缩振动，以及C-C单键骨架振动等。,1 烷烃,烷烃化合物含有CH3、CH2和CH等基团，其红外吸收带主要由CH键和CC键的振动引起。见下图。正庚烷的红外光谱(CH3（CH2）5CH3),（1）C-H键不对称和对称分别在2960cm-1和2870cm-1附近。一般ass。当分子中同时存在CH3和CH2时，C-H键在30002800cm-1附近间一般有4个吸收峰。,（2

3、）C-H键不对称和对称弯曲振动分别在1470cm-1和1380cm-1附近。a 孤立CH3在1380cm-1附近出现单峰，CH3越多，峰强越强；b 偕二甲基（=C（CH3）2）的2个CH3 对称弯曲振动偶合，裂分为双峰，在1385cm-1和1375cm-1附近，强度几乎相等。c 叔丁基（-C（CH3）3）的3个CH3 对称弯曲振动偶合，裂分为双峰，在1395cm-1和1370cm-1附近，强度后者是前者的2倍，以此与（=C（CH3）2）相区别。,d 当CH3与杂原子相连时，1380cm-1附近峰由于诱导效应发生位移，相邻基团的电负性越大，1380cm-1峰越向高波数移动。-O-CH3=N-CH

4、3 C-CH3 Si-CH31440cm-1 1426cm-1 1380cm-1 1255cm-1,（3）亚甲基CH2的平面摇摆振动。当分子中含有-（CH2）n-(n4)时，在725cm-1有峰，并随着n的减少，逐渐向高波数移动。（4）CH3和CH2的区别在于：CH3在1380cm-1附近有吸收峰，而CH2没有。（5）C-C键的骨架振动在1250800cm-1附近，因特征性不强，用处不大。,2 烯烃,（1）烯烃不饱和C原子上的C-H伸缩振动在31003000cm-1，强度中等，峰形较尖锐。末端烯烃（RCH=CH2、R1R2C=CH2）的=CH的吸收频率较高，在30953075cm-1有强峰，而

5、其它取代乙烯的=CH在30403000cm-1。小环烷烃、环氧及环氮化合物，环上的C-H键的伸缩振动频率也在3000cm-1以上。,（2）C=C的伸缩振动频率在16801620cm-1：,（3）烯烃不饱和碳原子上的CH面外弯曲振动在1000 650cm-1，对结构敏感：一取代双键（RCHCH2）995 985cm-1（m），915 905cm-1（s）倍频 1860 1790cm-1，二取代（RRCCH2）895 885cm-1（s），倍频1860 1750cm-1反式二取代（CHCH）980960cm-1（s）顺式二取代（CHCH）730665cm-1（s）三取代（RRCCHR”）85079

6、0cm-1（m）,3 炔烃 1辛炔的红外光谱,一元取代炔烃的红外吸收光谱有三个特征吸收带：（1）炔烃的CH在3300cm-1附近，峰形尖锐，容易识别。（2）炔烃的CC在21402100cm-1，一般强度较弱。炔烃的烷基二取代物中，CC在22602190cm-1，由于分子的偶极矩变化小，一般难以观察到。（3）炔烃的面外CC在700600cm-1，吸收带强而较宽。,4 芳烃1芳环的CH；2芳环的CC3芳环的面外=CH；4芳香醚的不对称COC,芳烃的红外光谱主要有三个特征吸收带：（1）芳环上的C-H键的伸缩振动频率在31003000cm-1。（2）芳环的骨架振动频率C=C一般有四个谱带：1600、1

7、585、1500、1450cm-1附近。其中1600和1500cm-1是芳环的特征吸收带，其强度后者比前者强。（3）芳环上的面外弯曲振动CH（即取代）,苯 670cm-1（s）一元取代 770730cm-1（s），710 690cm-1（s）二元取代（邻位）770735cm-1（s）二元取代（间位）900860cm-1（m），810 750cm-1（s）725680cm-1（m）二元取代（对位）860800cm-1（s）,三元取代（1，3，5 取代）860810cm-1（m），735 675cm-1（s）三元取代（1，2，3 取代）780760cm-1（m），725 680cm-1（s）三元取

8、代（1，2，4 取代）885870cm-1（m），825 805cm-1（s）四、五元取代 900800cm-1（s）,CH在20001650cm-1范围出现的泛频吸收（有机物结构中无羰基CO）,5 醇、酚-辛醇的红外光谱(液膜0.025mm),乙醇在不同浓度CCl4中的红外谱图,醇和酚的O-H键及C-O键的伸缩振动吸收在红外光谱中是鉴定它们的特征频带：（1）醇和酚通常以二缔合或多缔合态存在。缔和态的OH伸缩振动频率在35503200cm-1，谱带强而宽。若为二缔合态，吸收带的中心在3500cm-1附近，多缔合态一般在3320cm-1附近。游离态OH在36503590cm-1，谱带尖锐，强度中

9、等。结晶水的OH也在36003000cm-1，但一般强度低而且峰窄。水峰同时在16701600cm-1附近出现H-O-H的弯曲振动峰，以示区别。,（2）醇和酚的CO伸缩振动频率在12601000cm-1（s）。因OH连接的碳原子类型不同：伯醇：1050cm-1左右 仲醇：1100cm-1左右 叔醇：1150cm-1左右 酚：1200cm-1左右（3）醇的O-H键面内弯曲振动频率在14201330cm-1（同CH2或CH面外弯曲振动频率区）。酚的面外弯曲振动频率在1350cm-1左右，较宽，强度低于CO伸缩振动频率吸收带。,6 醚,醚的红外特征吸收带是C-O-C键的不对称伸缩振动：脂肪醚 115

10、01060cm-1（s）芳香醚 12751210cm-1（s）乙烯基醚 12251200cm-1（s）在这一区域附近，醇、醛、酮、酯和内酯等均有红外吸收。因此，在红外光谱中只有不存在羟基和羰基的其它特征峰，而在此区域有吸收峰时，才说明被测分子中有醚基存在。,7 羰基化合物,羰基伸缩振动频率（cm-1）酸酐 1820 1760 酰卤 1800 酯 1740 醛 1730 酮 1715 羧酸 1700 酰胺 1690,7.1 醛 正丁醛的红外光谱(液膜，0.025mm)1醛基中的CH；2 CO,醛基有CHO两个特征吸收峰：（1）羰基的CO伸缩振动在17401720cm-1（s）；（2）醛基中的CH

11、伸缩振动基频与CH弯曲振动的倍频发生费米共振，在2820和2720cm-1出现2个窄的中等强度的吸收峰，高波数的吸收峰常被饱和次甲基的CH伸缩振动吸收峰覆盖，因此常常只观察到2720cm-1的吸收峰。这是鉴定醛基的依据。,7.2 酮 酮类的羰基伸缩振动吸收带是其唯一的特征吸收带。3,3二甲基2丁酮的红外光谱,7.3 羧酸和羧酸盐1羧酸二缔合态的OH伸缩振动；2CO的伸缩振动；3羧酸二缔合态的OH面外摇摆,在羧酸中，羧基COOH的OH键伸缩振动、C一O键伸缩振动以及OH键弯曲振动噘收是红外光谱中识别羧酸的主要特征峰：（1）羧酸通常以而缔合态存在。缔合态的OH伸缩振动频率在32002500cm-1

12、，峰较强，峰形宽而散。这个谱带在27002500cm-1之间通常出现几个连续小峰，很特征。在稀溶液或非极性溶剂中羧酸为游离态，OH伸缩振动频率在3550cm-1附近，为强吸收峰。（2）羧酸的CO伸缩振动频率缔合时在17251700cm-1，游离态在1760cm-1附近。,（3）羧酸二缔合态的OH面外弯曲振动频率在955915cm-1，为一个宽而不强的吸收峰，常在羧酸的鉴定中作参考。（4）羧酸盐中，羧酸根负离子COO的2个CO是均等的，其不对称和对称伸缩振动频率分别在16101550cm-1（S）和14201300cm-1（m）。,7.4 酯,在酯基中（COOC），CO及COC伸缩振动吸收是红外

13、光谱中酯类的2个特征吸收峰：（1）绝大多数饱和羧酸酯的CO伸缩振动都位于1740cm-1附近；（2）酯基中的COC伸缩振动在13001000cm-1有2个吸收峰，常为酯类化合物的最强吸收峰。其中COC不对称伸缩振动在13001150cm-1（S），对称伸缩振动在11401000cm-1（w），是鉴定酯类的重要依据。（3）在酯类中，有时可在3450cm-1附近看到CO的倍频吸收峰。,7.5 酸酐 乙酸酐的红外光谱图 CO伸缩振动1828、1750 cm-1；COC伸缩振动1125 cm-1,酸酐的CO及COC伸缩振动吸收是红外光谱中酯类的2个特征吸收峰：（1）酸酐的CO伸缩振动由于分子中的2个羰

14、基伸缩振动偶合，在18601800cm-1和18001750cm-1间出现2个吸收峰，分别是羰基的不对称和对称伸缩振动，相距60cm-1左右。开链酸酐，高频率比低频率略强；环状酸酐，低频率比高频率略强。这是酸酐类化合物的特征谱带。（2）酸酐的COC伸缩振动为强而宽的吸收峰，开链酸酐在11701050cm-1，而环状酸酐在13101200cm-1。,7.6 酰卤 苯甲酰氯的红外光谱1CO伸缩振动；22871cm-1因费米共振强度增加；3CC,酰卤中由于卤原子与羰基相连，CO伸缩振动移至1800cm-1附近。在芳香酰卤中，由于875cm-1附近的CC伸缩振动的倍频与羰基伸缩振动发生费米共振，所以羰

15、基吸收范围内出现双峰，通常高频率较强。,7.7 酰胺 甲酰胺的红外谱图1NH伸缩振动；2CO伸缩振动(I带)3NH(II带),酰胺的红外谱图有3个主要的特征峰：（1）酰胺的NH伸缩振动在3000cm-1以上的高频区:伯酰胺的NH伸缩振动是不对称和对称振动的双峰（m）。在稀溶液中在3500cm-1和3400cm-1附近；在液态或固态时，分子间缔合使其移动到3350cm-1和3180cm-1附近。仲酰胺的NH伸缩振动为单峰，在稀溶液中3460 3400cm-1间为一个峰。由于CN的部分双键性质引起顺式和反式2种异构体，使其分裂为很靠近的双峰（高分辨率仪器）。液态或固态时，峰在3300cm-1间处。

16、叔酰胺无此峰，可辨别伯、仲、叔酰胺。,（2）酰胺的CO键伸缩振动吸收峰常称为为I带，略低于相应的酮：伯酰胺在1690cm-1附近；仲酰胺在1680cm-1附近；叔酰胺在1670 1630cm-1。缔合态时，三者都在1650cm-1附近。,（3）酰胺的NH面外弯曲振动常称为酰胺的II带。伯酰胺在比CO低的频率出现尖峰，其强度相当于CO峰强的1/3到1/2。在稀溶液中，伯酰胺的NH在1620 1590cm-1；固态时升至1650 1620cm-1。缔合态的II带常与I带重叠为1个吸收峰。；仲酰胺在稀溶液中在1550 1510cm-1，在固态时移至1570 1515cm-1。仲酰胺的I带和II带能够

17、清晰分开。因此会区分伯、仲酰胺。叔酰胺无酰胺II带。,8 胺和胺盐 叔丁基胺的红外光谱(液体，池厚0.01mm)l不对称NH伸缩振动；2对称NH伸缩振动；3NH(面内)；4CN,（1）伯胺的NH伸缩振动，在稀溶液中在3500 3300cm-1处出现2个吸收峰（不对称和对称）。脂肪族较弱；芳香族可达中等。仲胺稀溶液在此区域只出现1个峰，脂肪族很弱，常观察不到；芳香族较强。当分子中同时NH和OH时，吸收峰发生有差别的重叠：OH峰强而宽；NH峰弱而尖锐。,（2）伯胺的NH面内弯曲振动在1650 1580cm-1处，为中等强度的宽峰；仲胺在此很弱。（3）胺的CN伸缩振动，只有芳胺为强峰。各类芳胺的位置

18、不同：伯芳胺在13401250cm-1处；仲芳胺13501280cm-1处；叔芳胺13601310cm-1处；脂肪族胺的CN强度弱，结构测定中用处不大。,（4）铵盐的NH：伯铵盐在32002800cm-1处出现NH3的二个较宽的强吸收带；仲铵盐在30002700cm-1处出现NH2的较宽强吸收带；叔铵盐在27002330cm-1处出现NH吸收带。此外，伯铵盐还可看到NH3的不对称和对称伸缩振动在16501560cm-1及15501505cm-1。仲铵盐的NH2弯曲振动在16201560cm-1。,9 硝基化合物 硝基化合物中硝基NO2的不对称和对称伸缩振动吸收是其红外特征吸收带。,9.1 脂肪

19、族硝基化合物,（1）脂肪族的硝基化合物的NO2的不对称和对称伸缩振动分别在1560和1350cm-1附近一般都较强，通常不对称伸缩振动更强。（2）硝基甲烷有较高的硝基不对称伸缩振动频率。随着硝基邻接的碳原子上的氢原子数目的减少，吸收峰逐渐略微降低。（3）CN通常在920800cm-1处（M）。,9.2 芳香族硝基化合物,芳香族硝基化合物的NO2的不对称和对称伸缩振动比脂肪族低约2040cm-1，两峰强度相似，有的甚至对称伸缩振动峰更强。,10 腈,腈类化合物中，CN的伸缩振动峰是其特征峰：饱和脂肪腈化合物，CN的伸缩振动频率在22602240cm-1（m）。不饱和腈类化合物的CN伸缩振动频率在

20、22402225cm1，为强谱带。芳香腈化合物在22402225cm-1处有一个较脂肪腈的谱带要强的CN伸缩振动峰，其谱带强度受取代基性质的影响很大。,11 有机卤代物,有机卤代物中，CX键的伸缩振动峰是特征峰。,11.1 有机氟代物,有机氟代物的C-F伸缩振动频率在14001000cm1（s）：CF在1100 1000cm1 CF2在1280 1120cm1，多重峰，（s）CF3在1350 1120cm1，多重峰，（s）,11.2 有机氯代物,有机氯代物中的CCl键的伸缩振动在800600cm1。CH2Cl基在760700cm1，CHCl基在640610cm1。在CCl4中，CCl在797c

21、m 1。CCl键的伸缩振动吸收谱带的位置与分子的构象有关。,11.3 有机溴代物,有机溴代物中的CBr键伸缩振动在700500cm1。反式构象在650cm1附近；顺式构象在560cm1附近。在甾族化合物中，CBr平伏键在750700cm1；直立键在690590cm1。,11.4 有机碘代物,有机碘代物中的CI伸缩振动在600500cm1。反式构象在600cm1附近；顺式构象在500cm1附近。,12 有机硫化物,含巯基SH的有机物，其SH键伸缩振动频率在25902550cm1，为弱吸收谱带。因SH基形成氢键的倾向很小，在液态和稀溶液中该吸收带位置变化不大。CS键伸缩振动吸收频率在705570c

22、m1，谱带强度也很弱。凡含有S=O和S=O=S的化合物，S=O的伸缩振动产生强吸收峰。例如砜和亚砜类物质。,不饱和度计算公式：U1n42n6+1/2(n3+3n5-n1)式中，n11价元素，包括+1价的碱金属和-1价的卤素。例如H，Na，Cl；n22价元素，例如O；n33价元素，例如N；n44价元素，例如C；n55价元素，例如P，N;n66价元素，例如S。,U0，化合物饱和；U1，化合物分子中一定有一个双键或一个饱和环状化合物（NO2只算一个双键，所以CH3NO2的U1）；U2，分子中一定有一个三键或两个双键 U3，由上述情况判断；U4，分子中含一个苯环或由上述情况判断。,解析红外谱图法A区域

23、法B缩小范围法（区分无机物和有机物）C主要官能团解析法：CO、OH、NH、CO、CC、C C、C N、Ar、NO2等,a 判断CO是否存在：在18701660cm1间有1（或2）个最强吸收峰。羧CO是否存在酸、酰胺、酸酐、酯类、醛类（酰卤）、酮类b 如果CO不存在：醇和酚、胺类、醚类c 双键和芳环d 三键e 硝基f 烷类,和标准图谱对照,Sadtler Reference Spectra Collections 分类i 标准光谱 纯度在98%以上化合物的红外光谱的标准图谱ii 商品图谱 主要是工业产品的光谱，如农业化学品、单体与聚合物、多元醇、表面活性剂等主要工业产品门类20种。Sadtler

24、 Reference Spectra Collections索引 1）字顺索引（alphabetical index）；2）分子式索引（molecular formula index）；3）化学分类索引（chemical class index）；4）红外谱线索引（infrared spec-finder）。,实例,例1 某未知物为C5H12,29852880cm-11460cm-1、1388cm-1,U=0,-CH3、-CH2-,-CH3、-CH2-,无-CH(CH3)2,-C(CH3)3,CH3-(CH2)3-CH3,例2 某未知物为C5H12,U=0,-CH3、-CH2-,-CH3、-C

25、H2-,-C(CH3)3,CH3C(CH3)3,例3 某未知物为C6H12,29302855cm-11453cm-1,U=1,-CH3、-CH2-,-CH2-,无-CH3,例4 某未知物为C8H18O,3300cm-1、29852880cm-1、1460cm-1、1380cm-1、1056cm-1、719cm-1,U=0,-OH,-CH3、-CH2-,-CH3、-CH2-,-CH3,-OH,-(CH2)n-,n4,CH3-(CH2)7-OH,CH3-(CH2)4-CH(CH3)-OH,例5 某未知物为C3H6O,U=1,-OH,-C=CH,-CH3、-CH2-,-C=C-,-CH=CH2,CH

26、2=CH-CH2-OH,-OH,例6 某未知物为C9H10,30903035cm-1、29782921cm-1、20001650cm-1、1635cm-1、1605cm-1、1577cm-1、1498cm-1、1390cm-1、888cm-1、770cm-1、700cm-1,U=5,-CH3、-CH2-,Ar取代,-C=C-,Ar,Ar,Ar,-CH3,-CH=CH2,Ar取代,Ar-H,-C=CH,Ar-CCH3=CH2,例7 某未知物为C8H10O,U=4,Ar-H,-CH3、-CH2-,Ar,-OH,-CH3,-OH,-C-O,Ar取代,Ar取代,CH3(OH)-Ar-CH31,3,5,

27、例8 某未知物为C10H12O,3000cm-1、29852880cm-1、2820cm-1、2700cm-1、1700cm-1、1610cm-1、1575cm-1、1390cm-1、1365cm-1、830cm-1,U=5,-CH3、-CH2-,-CHO,-C=O,Ar,Ar-H,-CH(CH3)2-,-CH(CH3)2-,Ar取代,CHO-Ar-CH(CH3)2,例9某未知物为C8H8O,3030cm-1、2960cm-1、2870cm-1、1690cm-1、1600cm-1、1580cm-1、1455cm-1、1380cm-1、740cm-1、690cm-1,U=5,-CH3、-CH2-

28、,-C=O,Ar,Ar,-Ar-H,-CH3、-CH2-,Ar取代,Ar取代,Ar-CO-CH3,Ar,例10 某未知物为C7H8O,U=4,Ar,Ar-H,-CH3、-CH2-,-C-O-C-,Ar取代,Ar-O-CH3,例11 某未知物为C7H6O2,-COOH,-C=O,U=5,Ar,-COOH,Ar取代,HCOO-Ar,例12 某未知物为C9H8O4,3000cm-1、1745cm-1、1680cm-1、1600cm-1、1500cm-1、13101250cm-1、11501100cm-1、860cm-1,U=6,-COOH,-C=O,-C=O,Ar,-COOR,-COOR,Ar取代,

29、COOH-Ar-COOCH3,例13 某未知物为C4H11N,33703290cm-1、29602870cm-1、1605cm-1、1155cm-1、840cm-1,U=0,-NH,-CH3、-CH2-,-NH,-C-N,-NH,CH3CH2CH2CH2-NH2,无-CH(CH3)2,-C(CH3)3,CH3CH(NH2)CH2CH3,例14 某未知物为C8H7N,U1n42n6+1/2(n3+3n5-n1)=6,-CH3、-CH2-,-CN,Ar,-CH3、-CH2-,Ar-H,Ar取代,CH3-Ar-CN,例15 某未知物为C3H7Br,29952868cm-1、1385cm-1、1375cm-1、535cm-1,U=0,-CH3、-CH2-,-CH(CH3)2,-C-Br,Br-CH(CH3)2,例16 某未知物为烯丙醇的简单衍生物,CH2=CHCH2OH,-C=O,-C=O,-C=C-,-CH3,-C=CH2,CH2=CHCH2OOCCH3,