各类化合物的红外光谱特征

各类化合物的红外光谱特征有机化合物的数目非常大，但组成有机化合物的常见元素只有10种左右，组成有机化合物的结构单元即称为基团的原子组合数目约有几十种。根据上述讨论，基团的振动频率主要取决于组成基团原子质量（即原子种类）和化学键力常数（即化学键的种类）。一般来说，组成分子的各种基团如C-H、C-N、C=C、C=O、C-X等都有特定的红外吸收区域（特征吸收峰），根据特征吸收峰可以推断物质的结构。所以，有必要对各类有机化合物的光谱特征加以总结。一、烷烃1.νC-H3000~2840C-H伸缩振动频率2.δC-H1460和1380C-H弯曲振动频率3.C-C1250-800当化合物具有四个以上邻接的CH2基团时，几乎总是在（715-725，通常在720cm-1处）有谱带（CH2以内摇摆），它在鉴别上是有用的。二、烯烃1.ν＝C-H3010-31002.νC=C1680-16003.δC-H1000-700三、炔烃1.ν≡C-H3300-3250峰形较窄，易于OH和NH区别开。2.δ≡C-H900-610宽的谱带3.νC≡C2140-2100一元取代炔烃RC≡CH||2260-2190二元取代炔烃四、芳香烃1.νC-H3080-30102.νC-C1650-14502～4个吸收峰3.面外弯曲振动(g=C-H)900-650五、醇和酚羟基化合物1.νO-H3700-3500（游离的醇和酚，峰尖、强）||3500-3200（缔和的羟基，峰形强而宽）2.δO-H1500~13003.νC-O1250~1000六、醚1.脂肪醚1150-10602.芳香醚1270~1230（为Ar-O伸缩）1050~1000cm-1（为R-O伸缩）3.乙烯醚：1225-12005、在环氧乙烷类中有三条特征谱带可作为这种基团的存在的标志：1280-1240环的不对称伸缩振动||950-810cm-1环的对称伸缩振动||840-750cm-1七、羰基化合物（包括醛、酮、羧酸、酯、酸酐和酰胺等）1.酮1725-17052.醛1740-17202820-2720出现两个强度相等的吸收峰3.羧酸（1）νO-H3200-2500（液体及固体羧酸）||3550（在气相或极稀的非极性溶剂溶液中）（2）nC=O1730-1700（2）νC-O1250附近（强峰）（3）δO-H1400cm-1和920cm-1区域有两个强而宽的吸收峰（4）羧酸盐1580cm-1和1400cm-1之间的两个谱带4.酯(1)νC=O1750-1735(2)νC-O-C1330-10305.酸酐（1）nC=O在1860-1800cm-1和1800-1750cm-1出现两个强的吸收峰(2)nC-O-C开链的在1180-1045cm-1，而环状酸酐在1310-1200cm-16.酰胺:兼有胺和羰基化合物的特点（1)νN-H稀溶液中伯酰胺出现两个中等强度的峰，分别在3500cm-1和3400cm-1附近，浓溶液和固体中由于有氢键发生，将移向3350-3180cm-1低频区仲酰胺在很稀溶液中，在3460-3420cm-1处只出现一个谱带，浓溶液中或固体中缔和体出现在3330cm-1(3)δN-H弯曲振动(酰胺II带）伯酰胺游离态在1600cm-1处，缔合态在1650-1620处,仲酰胺游离态在1550-1510处；缔和体在1570-1515处（4）酰胺还有C-N吸收带（酰胺III带），它们的吸收位置如下：伯酰胺1420-1400cm-1（中）；仲酰胺1305-1200cm-1（中）叔酰胺700-620cm-1（中）八、胺和胺盐1.胺：胺有三个特征吸收带即：nNH、δN-H和nC-N吸收带（1）nNH3550-3250（2）δN-H1650-15402.铵盐伯胺和仲胺的νNHνNH3+伯胺盐在3000-2800cm-1之间出现强和宽的吸收带伯胺盐的δNH3+出现在1600-1575cm-1和1550-1504cm-1处两个吸收带仲胺盐的νNH2+出现在2700-2250cm-1区域；δNH2+出现在1620-1560cm-1区域叔胺盐的νNH+在2700-2250cm-1区域出现一个强的宽带或一组较尖的谱带。九、硝基化合物νＮＯ２别在1650-1500cm－１和1370-1250cm-1脂肪族硝基化和物的两个峰分别在1565-1545cm-1；1380-1350cm-1芳香族硝基化和物νas（NO2）1525±15cm-1；νs（NO2）1345±cm-1，芳香硝基化和物在870cm-1附近十、腈类-C≡N饱和脂肪腈在2260-2240cm－１有尖而强的ν-C≡N伸缩振动吸收带当与不饱和键和芳环共轭时，该带位移到2240-2220cm－１区间，且强度增加十一、其它各类化合物1.有机卤化合物：2.有机硫化合物3.有机磷化合物4.有机硅化合物：一、谱图解析的一般步骤1、根据分子式，计算不饱和度：f=1+n4+1/2(n3–n1)通过计算不饱和度估计分子结构式中是否有双键、三键或芳香环等，并可验证光谱解析是否合理2、根据未知物的红外光谱图找出主要的强吸收峰。按照由简单到复杂的顺序，习惯上将红外区分为五个区域来分析：（1）4000~2500cm-1.这是X-H(x包括C、N、O、S等）伸缩振动区，主要的吸收基团有羟基、胺基、烃基等。（2）2500~2000cm-1.为叁键和累积双键（-C≡C-、-C≡N-、-C＝C＝C-、-N＝C＝O-、-N＝C＝S-等）的伸缩振动区。（3）2000~1500cm-1.为双键伸缩振动区，主要有羰基（C=O)吸收、碳碳双键（C=C)吸收、苯环的骨架振动及C=NN=O等基团的吸收。（4）2000~1500cm-1，为C-H的弯曲振动吸收峰。（5）1300~400cm-1.这个区域中有单键的伸缩振动频率、分子的骨架振动频率及反映取代类型的苯环和烯烃面外弯曲振动频率等吸收。在解析图谱时，可先从4000-1500cm-1的官能团入手，找出该化合物存在的官能团，然后有的放矢到指纹区找这些基团的吸收峰。例如：如果样品的光谱在1740cm-1出现强的吸收时，表示有酯羰基存在，接着从指纹区的1300-1050cm-1有酯的Ｃ－Ｏ伸缩振动强吸收，酯的官能团就进一步得到肯定。另外，指纹区的一些谱带也能提拱很有用的信息。例如在900-650cm-1区，就可以确定（CH2）4的存在，双键取代程度、芳环取代位置等。二、解析图谱应注意几点：１、解析时应兼顾红外光谱的三要素，即峰位、强度和峰形如，羰基的吸收峰比较强，如果在1700cm-1附近有吸收，但其强度很低，这并不表明所研究的化合物存在羰基，而是说明该化合物存在少量含羰基的杂质。另外，从峰形可判断官能团，如缔合的羟基、缔合的伯胺的吸收峰位置略有差别。但缔合的羟基峰圆滑而宽阔，而缔合的伯胺吸收峰较尖，有分岔。２、注意同一基团的几种振动吸收峰的相互映证。防止解释的片面性：对于官能团的定性，通常只有在伸缩振动和弯曲振动频率都出现的情况下，才能肯定。不能确定时，可用化学方法、质谱、核磁、紫外等检验。对化合物的鉴定只有在全部谱峰位置，强度和形状完全吻合时，才能确定，否则就不能认为是同一化合物。3、注意区别和排除非样品谱带的干扰。例1、计算Ｃ10H20O的不饱和度U=1+10+0.5×（0-22）=0这可以提供化合物不含羰基，可能是醇或醚。2、图谱的表示方法对光谱吸收带的标绘法，在红外光谱图中，吸收位置多用波数（cm-1）表示频率，也有用波长（λ）表示频率的。吸收强度一般都用下列符号来表示：VS（很强）、S（强）、M（中等）、W（弱）、b（宽）、Vw、Sh（肩状吸收带）。光谱图一般有两种表示法，一种是以吸光度（即光密度）作纵坐标（lgI0/I），以波长或波数作横坐标，这样表示的图谱吸收峰向上。另一种表示方法是以透光率（T%，即I/I0*100）为纵坐标，以波长或波数为横坐标，这样表示的图谱吸收峰向下，吸收越强，则曲线越向下降。这两种方法一般后一种用的较多。一、鉴定化合物这项工作在日常中遇到最多，尽管有机化合物多达数百万种，红外光谱对鉴定是否是某一化合物是一项有力的工具。通常工作方法有下列几种：1、鉴定是否为已知的化合物在鉴定是否为已知的化合物时，通常又有这二种情况：一种是用已知的标准样品与样品在同样条件下测试，所得的红外光谱图，如果官能团区和指纹区的吸收峰及其相对强度完全吻合，则样品即被认为与该标准品为同一化合物。另一种情况是没有标准样品时，可查阅有关的红外光谱的标准图谱。一般来说官能团区和指纹区的吸收峰及其相对强度都完全吻合，则可以认为是同一化合物。２.鉴定一个全新的未知化合物对于一个文献上没有的全新化合物的鉴定工作，则是一项很复杂的工作，仅凭一种红外光谱图是不能完全解决的，但是红外光谱图可以给我们提供一些很有用的官能团信息。再用其他波谱方法，经典化学法，以及各项物理常数的测定等配合，然后经过多方面判断、推理综合考虑后才能下结论。70051酮700676975768398108128129131135139140148154163170176001酯002003004005006007012013014016017019020022024