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1分钟学会红外光谱图分析(内附23首红外分析顺口溜)

实验室资讯网时间:2018-02-02 点击: 百度搜索

【导读】红外光谱法(Infrared Spectrometry,IR)是利用物质分子对红外辐射的吸收,并由其振动或转动运动引起偶极矩的精变化,产生分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁,得到由分子振动能级和转......
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红外光谱法(Infrared Spectrometry,IR)是利用物质分子对红外辐射的吸收,并由其振动或转动运动引起偶极矩的精变化,产生分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁,得到由分子振动能级和转动能级变化产生的振动-转动光谱,又称为红外光谱。

1分钟学会红外光谱图分析(内附23首红外分析顺口溜)

红外光谱仪

红外光谱法是一种鉴别化合物和确定物质分子结构的常用分析手段,不仅可以对物质进行定性分析,还可对单一组分或混合物中各组分进行定量分析,尤其是在对于一些较难分离并在紫外、可见区找不到明显特征峰的样品,可以方便、迅速地完成定量分析。

1分钟学会红外光谱图分析(内附23首红外分析顺口溜)

一、红外谱图解析基本知识

1、基团频率区

中红外光谱区可分成4000cm-1~1300(1800)cm-1和1800(1300)cm-1~600cm-1两个区域。最有分析价值的基团频率在4000cm-1~1300cm-1之间,这一区域称为基团频率区、官能团区或特征区。区内的峰是由伸缩振动产生的吸收带,比较稀疏,容易辨认,常用于鉴定官能团。

在1800cm-1(1300cm-1)~600cm-1区域内,除单键的伸缩振动外,还有因变形振动产生的谱带。这种振动基团频率和特征吸收峰与整个分子的结构有关。当分子结构稍有不同时,该区的吸收就有细微的差异,并显示出分子特征。这种情况就像人的指纹一样,因此称为指纹区。指纹区对于指认结构类似的化合物很有帮助,而且可以作为化合物存在某种基团的旁证。

基团频率区可分为三个区域

(1)4000~2500cm-1X-H伸缩振动区,X可以是O、N、C或S等原子。O-H基的伸缩振动出现在3650~3200cm-1范围内,它可以作为判断有无醇类、酚类和有机酸类的重要依据。

当醇和酚溶于非极性溶剂(如CCl4),浓度于0.01mol.dm-3时,在3650~3580cm-1处出现游离O-H基的伸缩振动吸收,峰形尖锐,且没有其它吸收峰干扰,易于识别。当试样浓度增加时,羟基化合物产生缔合现象,O-H基的伸缩振动吸收峰向低波数方向位移,在3400~3200cm-1出现一个宽而强的吸收峰。胺和酰胺的N-H伸缩振动也出现在3500~3100cm-1,因此,可能会对O-H伸缩振动有干扰。

C-H的伸缩振动可分为饱和和不饱和的两种:

饱和的C-H伸缩振动出现在3000cm-1以下,约3000~2800cm-1,取代基对它们影响很小。如-CH3基的伸缩吸收出现在2960cm-1和2876cm-1附近;R2CH2基的吸收在2930cm-1和2850cm-1附近;R3CH基的吸收基出现在2890cm-1附近,但强度很弱。

不饱和的C-H伸缩振动出现在3000cm-1以上,以此来判别化合物中是否含有不饱和的C-H键。苯环的C-H键伸缩振动出现在3030cm-1附近,它的特征是强度比饱和的C-H浆键稍弱,但谱带比较尖锐。不饱和的双键=C-H的吸收出现在3010~3040cm-1范围内,末端=CH2的吸收出现在3085cm-1附近。叁键C-H上的C-H伸缩振动出现在更高的区域(3300cm-1)附近。

(2)2500~1900cm-1为叁键和累积双键区,主要包括-C≡C、-C≡N等叁键的伸缩振动,以及-C=C=C、-C=C=O等累积双键的不对称性伸缩振动。

对于炔烃类化合物,可以分成R-C≡CH和R¢-C≡C-R两种类型:

R-C≡CH的伸缩振动出现在2100~2140cm-1附近;

R¢-C≡C-R出现在2190~2260cm-1附近;

R-C≡C-R分子是对称,则为非红外活性。

-C≡N基的伸缩振动在非共轭的情况下出现2240~2260cm-1附近。当与不饱和键或芳香核共轭时,该峰位移到2220~2230cm-1附近。若分子中含有C、H、N原子,-C≡N基吸收比较强而尖锐。若分子中含有O原子,且O原子离-C≡N基越近,-C≡N基的吸收越弱,甚至观察不到。

(3)1900~1200cm-1为双键伸缩振动区,该区域重要包括三种伸缩振动:C=O伸缩振动出现在1900~1650cm-1,是红外光谱中特征的且往往是最强的吸收,以此很容易判断酮类、醛类、酸类、酯类以及酸酐等有机化合物。酸酐的羰基吸收带由于振动耦合而呈现双峰。苯的衍生物的泛频谱带,出现在2000~1650cm-1范围,是C-H面外和C=C面内变形振动的泛频吸收,虽然强度很弱,但它们的吸收面貌在表征芳核取代类型上有一定的作用。

2、指纹区

(a)1800(1300)cm-1~900cm-1区域是C-O、C-N、C-F、C-P、C-S、P-O、Si-O等单键的伸缩振动和C=S、S=O、P=O等双键的伸缩振动吸收。

其中:1375cm-1的谱带为甲基的C-H对称弯曲振动,对识别甲基十分有用,C-O的伸缩振动在1300~1000cm-1,是该区域最强的峰,也较易识别。

(b)900~650cm-1区域的某些吸收峰可用来确认化合物的顺反构型。利用上区域中苯环的C-H面外变形振动吸收峰和2000~1667cm-1区域苯的倍频或组合频吸收峰,可以共同配合确定苯环的取代类型。

二、关于红外光谱分析的顺口溜

(1)外可分远中近,中红特征指纹区,1300来分界,注意横轴划分异。看图要知红外仪,弄清物态液固气,样品来源制样法,物化性能多联系。识图先学饱和烃,三千以下看峰形。

(2)2960、2870是甲基,2930、2850亚甲基峰。1470碳氢弯,1380甲基显。二个甲基同一碳,1380分二半。面内摇摆720,长链亚甲基亦可辨。

(3)烯氢伸展过三千,排除倍频和卤烷。末端烯烃此峰强,只有一氢不明显。

(4)化合物,又键偏,~1650会出现。烯氢面外易变形,1000以下有强峰。910端基氢,再有一氢990。顺式二氢690,反式移至970;单氢出峰820,干扰顺式难确定。

(5)炔氢伸展三千三,峰强很大峰形尖。三键伸展二千二,炔氢摇摆六百八。

(6)芳烃呼吸很特征,1600~1430,1650~2000泛峰,取代方式区分明。900~650,面外弯曲定芳氢。五氢吸收有两峰,700和750,四氢只有750,二氢相邻830,间二取代出三峰,700、780,880处孤立氢

(7)醇酚羟基易缔合,三千三处有强峰。C-O伸展吸收大,伯仲叔醇位不同。1050伯醇显,1100乃是仲,1150叔醇在,1230才是酚。

(8)1110醚链伸,注意排除酯酸醇。若与π键紧相连,二个吸收要看准,1050对称峰,1250对称。

(9)苯环若有甲氧基,碳氢伸展2820。次甲基二氧连苯环,930处有强峰.

(10)环氧乙烷有三峰,1260环振动,九百上下反对称,八百左右最特征。

(11)缩醛酮,特殊醚,1110非缩酮。酸酐也有C-O键,开链环酐有区别,开链强宽一千一,环酐移至1250。

(12)羰基伸展一千七,2720定醛基。吸电效应波数高,共轭则向低频移。张力促使振动快,环外双键可类比。

(13)二千五到三千三,羧酸氢键峰形宽,920,钝峰显,羧基可定二聚酸、

(14)酸酐千八来偶合,双峰60严相隔,链状酸酐高频强,环状酸酐高频弱。

(15)羧酸盐,偶合生,羰基伸缩出双峰,1600反对称,1400对称峰。

(16)1740酯羰基,何酸可看碳氧展。1180甲酸酯,1190是丙酸,1220乙酸酯,1250芳香酸。1600兔耳峰,常为邻苯二甲酸。

(17)氮氢伸展三千四,每氢一峰很分明。羰基伸展酰胺I,1660有强峰;N-H变形酰胺II,1600分伯仲。伯胺频高易重叠,仲酰固态1550;碳氮伸展酰胺III,1400强峰显。

(18)胺尖常有干扰见,N-H伸展三千三,叔胺无峰仲胺单,伯胺双峰小而尖。

1600碳氢弯,芳香仲胺千五偏。八百左右面内摇,确定最好变成盐。

(19)伸展弯曲互相近,伯胺盐三千强峰宽,仲胺盐、叔胺盐,2700上下可分辨,亚胺盐,更可怜,2000左右才可见。

(20)硝基伸缩吸收大,相连基团可弄清。1350、1500,分为对称反对称。

(21)氨基酸,成内盐,3100~2100峰形宽。1600、1400酸根展,1630、1510碳氢弯。

盐酸盐,羧基显,钠盐蛋白三千三。

(22)矿物组成杂而乱,振动光谱远红端。纯盐类,较简单,吸收峰,少而宽。

(23)注意羟基水和铵,先记几种普通盐。1100是硫酸根,1380硝酸盐,

1450碳酸根,一千左右看磷酸。硅酸盐,一峰宽,1000真壮观。

三、红外光谱分析步骤

(1)首先依据谱图推出化合物碳架类型:根据分子式计算不饱和度,公式:

不饱和度=(2C+2-H-Cl+N)/2其中:Cl为卤素原子

例如:比如苯:C6H6,不饱和度=(2*6+2-6)/2=4,3个双键加一个环,正好为4个不饱和度;

(2)分析3300~2800cm-1区域C-H伸缩振动吸收;以3000cm-1为界:高于3000cm-1为不饱和碳C-H伸缩振动吸收,有可能为烯,炔,芳香化合物,而低于3000cm-1一般为饱和C-H伸缩振动吸收;

(3)若在稍高于3000cm-1有吸收,则应在2250~1450cm-1频区,分析不饱和碳碳键的伸缩振动吸收特征峰,其中:

炔2200~2100cm-1

烯1680~1640cm-1

芳环1600,1580,1500,1450cm-1泛峰

若已确定为烯或芳香化合物,则应进一步解析指纹区,即1000~650cm-1的频区,以确定取代基个数和位置(顺、反;邻、间、对);

(4)碳骨架类型确定后,再依据其他官能团,如C=O,O-H,C-N等特征吸收来判定化合物的官能团;

(5)解析时应注意把描述各官能团的相关峰联系起来,以准确判定官能团的存在,如2820,2720和1750~1700cm-1的三个峰,说明醛基的存在。

四、常见的键值

分析基本搞定,剩下的就是背一些常见常用的键值了!

1、烷烃:C-H伸缩振动(3000-2850cm-1)

C-H弯曲振动(1465-1340cm-1)

一般饱和烃C-H伸缩均在3000cm-1以下,接近3000cm-1的频率吸收。

2、烯烃:烯烃C-H伸缩(3100~3010cm-1)

C=C伸缩(1675~1640cm-1)

烯烃C-H面外弯曲振动(1000~675cm-1)。

3、炔烃:伸缩振动(2250~2100cm-1)

炔烃C-H伸缩振动(3300cm-1附近)。

4、芳烃:3100~3000cm-1芳环上C-H伸缩振动

1600~1450cm-1C=C骨架振动

880~680cm-1C-H面外弯曲振动

芳香化合物重要特征:一般在1600,1580,1500和1450cm-1可能出现强度不等的4个峰。880~680cm-1,C-H面外弯曲振动吸收,依苯环上取代基个数和位置不同而发生变化,在芳香化合物红外谱图分析中,常常用此频区的吸收判别异构体。

5、醇和酚:主要特征吸收是O-H和C-O的伸缩振动吸收,

O-H自由羟基O-H的伸缩振动:3650~3600cm-1,为尖锐的吸收峰,

分子间氢键O-H伸缩振动:3500~3200cm-1,为宽的吸收峰;

C-O伸缩振动:1300~1000cm-1

O-H面外弯曲:769-659cm-1

6、醚:特征吸收:1300~1000cm-1的伸缩振动,

脂肪醚:1150~1060cm-1一个强的吸收峰

芳香醚:两个C-O伸缩振动吸收:1270~1230cm-1(为Ar-O伸缩)1050~1000cm-1(为R-O伸缩)

7、醛和酮:醛的主要特征吸收:1750~1700cm-1(C=O伸缩)

2820,2720cm-1(醛基C-H伸缩)

脂肪酮:1715cm-1,强的C=O伸缩振动吸收,如果羰基与烯键或芳环共轭会使吸收频率降低。

8、羧酸:羧酸二聚体:3300~2500cm-1宽,强的O-H伸缩吸收

1720~1706cm-1C=O吸收

1320~1210cm-1C-O伸缩

920cm-1成键的O-H键的面外弯曲振动

9、酯:饱和脂肪族酯(除甲酸酯外)的C=O吸收谱带:1750~1735cm-1区域

饱和酯C-C(=O)-O谱带:1210~1163cm-1区域,为强吸收

10、胺:3500~3100cm-1,N-H伸缩振动吸收

1350~1000cm-1,C-N伸缩振动吸收

N-H变形振动相当于CH2的剪式振动方式,其吸收带在:1640~1560cm-1,面外弯曲振动在900~650cm-1。

11、腈:腈类的光谱特征:三键伸缩振动区域,有弱到中等的吸收

脂肪族腈2260-2240cm-1

芳香族腈2240-2222cm-1

12、酰胺:3500-3100cm-1N-H伸缩振动

1680-1630cm-1C=O伸缩振动

1655-1590cm-1N-H弯曲振动

1420-1400cm-1C-N伸缩

13、有机卤化物:

C-X伸缩脂肪族

C-F1400-730cm-1

C-Cl850-550cm-1

C-Br690-515cm-1

C-I600-500cm-1

(本文来源:互联网 )

(责任编辑:Labtoday)

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