常州工程职院仪器分析测试技术教案6-3红外吸收光谱法：红外吸收光谱的解谱及应用

教案纸№1-1常州工程职业技术学院红外吸收光谱法模块之任务 3：红外吸收光谱的解谱及应用教学任务p解析红外谱图，获得各官能团的基本信息，推导未知物的可能结构，。教学方法p练习法，讲授与讨论相结合学时p每 20人一个学习组，整个任务需 4学时。教学设计教师引导，学生分析红外图谱的特点教师展示图谱，讲解解谱的一般步骤示范如何对特征吸收频率进行归属学生分组对其他习题讨论，分析学生分组到讲台讲解解析过程教师总结，评价解析结果提出新任务p分析红外图谱的特点：p样品的红外吸收曲线称为红外吸收光谱。Ø多用百分透射比与波数（T~n）Ø百分透射比与波长（T~λ）曲线来描述Ø T~n或 T~λ曲线上的“谷”是光谱吸收峰，p横坐标，纵坐标、图形特点p谱图解析的程序无统一的规则，一般可归纳为两种方式：教案纸№1-2常州工程职业技术学院p一种是按光谱图中吸收峰强度顺序解析，即首先识别特征区的最强峰，然后是次强峰或较弱峰，它们分别属于何种基团，同时查对指纹区的相关峰加以验证，以初步推断试样物质的类别，最后详细地查对有关光谱资料来确定其结构；p另一种是按基团顺序解析，即首先按 C=O、O­H、C­O、C=C（包括芳环）、C≡N 和—NO2 等几个主要基团的顺序，采用肯定与否定的方法，判断试样光谱中这些主要基团的特征吸收峰存在与否，以获得分子结构的概貌，然后查对其细节，确定其结构。p注意：在解析过程中，要把注意力集中到主要基团的相关峰上，避免孤立解析。p具体官能团的区域划分区域基团吸收频率（cm-1）振动形式吸收强度说明第一区域—OH（游离）—OH（缔合）—NH2，—NH（游离）—NH2，—NH（缔合）—SHC—H伸缩振动不饱和C—H≡C—H（叁键）═C—H（双键）苯环中C—H饱和C—H—CH3—CH3—CH2—CH23650—35803400—32003500—33003400—31002600—25003300附近3010—30403030附近2960±52870±102930±52850±10伸缩伸缩伸缩伸缩伸缩伸缩伸缩伸缩反对称伸缩对称伸缩反对称伸缩对称伸缩m，shs，bms，bsssssss判断有无醇类、酚类和有机酸的重要依据不饱和C—H伸缩振动出现在3000cm-1以上末端═C—H2出现在3085cm-1附近强度上比饱和C—H稍弱，但谱带较尖锐饱和C—H伸缩振动出现在3000cm-1以下（3000—2800cm-1），取代基影响较小三元环中的CH2出现在3050cm-1—C—H出现在2890cm-1，很弱第二区域—C≡N—N≡N—C≡C——C=C=C—2260—22202310—21352260—21001950附近伸缩伸缩伸缩伸缩s针状mvv干扰少R—C≡C—H，2100—2140；R—C≡C—R`，2190—2260；若R`=R，对称分子无红外谱带教案纸№1-3常州工程职业技术学院第三区域C=C芳环中C=C—C=O—NO2—NO2S=O1680—16201600，15801500，14501850—16001600—15001300—12501220—1040伸缩伸缩伸缩反对称伸缩对称伸缩伸缩m，wvssss苯环的骨架振动其他吸收带干扰少，是判断羰基（酮类、酸类、酯类、酸酐等）的特征频率，位置变动大四区域C—OC—O—C—CH3，—CH2—CH3—NH2C—FC—ClC—BrC—I=CH2—（CH2）n—,n41300—1000900—11501460±101370—13801650—15601400—1000800—600600—500500—200910—890720伸缩伸缩—CH3反对称变形，CH2变形对称变形变形伸缩伸缩伸缩伸缩面外摇摆面内摇摆ssmsm,ssssssvC—O键（酯、醚、醇类）的极性很强，故强度强，常成为谱图中最强的吸收醚类中C—O—C的νas=1100±50是最强的吸收。C—O—C对称伸缩在900—1000，较弱大部分有机化合物都含有CH3、CH2基，因此此峰经常出现注：s—强吸收，b—宽吸收带，m—中等强度吸收，w—弱吸收，sh—尖锐吸收峰，v—吸收强度可变。利用红外吸收光谱鉴定有机化合物结构，必须熟悉重要的红外区域与结构（基团）的关系。通常中红外光区又可分为上表中四个吸收区域或八个吸收段。Ø O­H，N­H 键伸缩振动段Ø不饱和 C­H 伸缩振动段Ø饱和 C­H伸缩振动段Ø三键与累积双键段Ø羰基伸缩振动段Ø双键伸缩振动段Ø C­H 面内变形振动段Ø不饱和 C­H 面外变形振动段教案纸№1-4常州工程职业技术学院用红外光谱来确定化合物中某种基团是否存在时，需熟悉基团频率。先在基团频率区观察它的特征峰是否存在，同时也应找到它们的相关峰作为旁证。常见官能团的特征吸收频率教案纸№1-5常州工程职业技术学院p具体的谱图分析训练 1、未知化合物 C6H15N，下图给出其红外吸收光谱图，推测其结构。计算得不饱和度 U=0，为饱和化合物，3330cm ­1 及 3240 cm ­1 结合分子式考虑不难看出有— NH2723 cm ­1 表明有基团，其中 n4，所以该化合物即为直链伯胺： CH 3 (CH 2 ) 5 NH 2 。其中 1473，1382 为 3 CHd，1072 为 N C-n，1606 为 2 NHd。教案纸№1-6常州工程职业技术学院 2、有一分子式为 C7H6O2 的化合物，其红外光谱如图所示，试推断其结构。计算不饱和度U=5， 1684 cm ­1 强峰是 O C=n的吸收，在3300～2500 cm ­1 区域有宽而散的 H O-n峰，并在约 935 cm ­1 的 O C-n位置有羧酸二聚体的 H O-n吸收，在约 1400 cm ­1 、1300 cm ­1 处有羧酸的 O C-n和 H O-d的吸收，因此该化合物结构中含—COOH 基团；1600 cm ­1 、1582 cm ­1 是苯环 C C=n的特征吸收，3070 cm ­1 、3012 cm ­1 是苯环的 H C-n的特征吸收，715cm ­1 、690 cm ­1 是单取代苯的特征吸收，所以该未知化合物中肯定存在单取代的苯环。因此，综上所述可知其结构为： COOH 3、某化合物分子式为 C10H10O，由核磁共振波谱指出—CH3 与它相连的碳的不带 H，根据的 IR 光谱图推导其结构。图 3 由式计算得不饱和度 U=6，从 771 cm ­1 ，704 cm ­1 和 1600 cm ­1 ，1480 cm ­1 ，1450 cm ­1 的吸收可以看出存在单取代苯环；由 2165 cm ­1 和 675 cm ­1 ，650 cm ­1 的吸收可估计出有—C≡CH（高波数的尖峰被掩盖）；3220 cm ­1 和 1400 cm ­1 处的吸收指出有—OH，进一步查表得知为叔醇（1092 cm ­1 ），旁边α位有不饱和取代，结合核磁共振波谱所指出的甲基与季碳相连，故可得出该未知化合物的结构为： OH CH 3 C C CH教案纸№1-7常州工程职业技术学院 4、某未知物的分子式为 C3H6O，测得红外光谱如下所示，试推断其化学结构式？由式计算得不饱和度 U=1，从 3325 cm ­1 判断其存在缔合­OH， 3085cm ­1 判断其存在不饱和=CH， 2923cm­1、2854cm­1 为饱和的 C­H，表明化合物中有­CH3 或­CH2，但从 1427cm­1 存在吸收峰， 1380cm­1 附近没有吸收峰，说明化合物只有­CH2，1643cm­1 的伸缩振动峰说明存在 C=C双键， 1026cm­1 是 C­O 伸缩振动吸收峰， 995cm­1、 918cm­1 处的峰位是烯烃 R­CH=CH2 的面外弯曲振动。 640cm­1 为吸收峰为­OH 的面外弯曲振动。故可得出该未知化合物的结构为： HOCH 2 CH=CH 2 5、未知物的分子式为 C8H7N，根据其红外光谱图，试推测此化合物的结构？根据分子式计算不饱和度为 U=6，说明未知物中可能含有一个苯环，两个双键；一个苯环，三个三键。3063 cm ­1 为不饱和 C­H 伸缩振动=C­H，2924cm­1 为饱和 C­H 伸缩振动峰，2229cm­1 为 C ≡N 伸缩振动峰，1589cm­1、1481cm­1、1458cm­1 为苯环的骨架振动峰，1381cm­1 为甲基的面内弯曲振动峰，787cm­1、687cm­1 为苯环间二取代的面外弯曲振动峰。故可得出该未知化合物的结构为：教案纸№1-8常州工程职业技术学院 CN CH 3 谱图的解析过程可以让学生自行思考，解析，也可让部分学生到讲台前面给其他同学讲解，大家一起讨论，分析，最终得出正确结论。下次课任务：如何实现固体样品的红外吸收光谱绘制与解析？练习题（1）计算下列分子的不饱和度：①C8H10②C8H10O③C4H11N④C10H12S⑤C8H17Cl⑥C7H13O2Br（2）化合物 C3H6O2，IR 光谱如图所示，推测其结构。（3）某化合物分子式为 C8H8O，测得其红外光谱如图所示，试推测其结构；