红外谱图分析

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-C≡C-，腈键-C≡N、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等的伸缩振动，芳环的骨架振动（skeletalvibration）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C—H键和C—C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σasσs。当分子中同时存在CH3和CH2时，C-H键在3000～2800cm-1附近间一般有4个吸收峰。（2）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-CH3≡C-CH3≡Si-CH3～1440cm-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-(n≥4)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1250～800cm-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3100～3000cm-1，强度中等，峰形较尖锐。末端烯烃（RCH=CH2、R1R2C=CH2）的σ=CH的吸收频率较高，在3095～3075cm-1有强峰，而其它取代乙烯的σ=CH在3040～3000cm-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1680～1620cm-1：基团伸缩振动频率（cm-1）强度R-CH=CH21645中强R2CH=CH21655↓(顺)RCH=CHR1660↓(反)RCH=CHR1675↓三取代或四取代物1670弱（3）烯烃不饱和碳原子上的C－H面外弯曲振动在1000～650cm-1，对结构敏感：一取代双键（RCH＝CH2）995～985cm-1（m），915～905cm-1（s）倍频1860～1790cm-1α，α－二取代（RR’C＝CH2）895～885cm-1（s），倍频1860～1750cm-1反式二取代（－CH＝CH－）980～960cm-1（s）顺式二取代（－CH＝CH－）730～665cm-1（s）三取代（RR’C＝CHR”）850～790cm-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σ≡CH在3300cm-1附近，峰形尖锐，容易识别。（2）炔烃的σC≡C在2140～2100cm-1，一般强度较弱。炔烃的烷基二取代物中，σC≡C在2260～2190cm-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C≡C在700～600cm-1，吸收带强而较宽。4芳烃1—芳环的CH；2—芳环的C＝C3—芳环的面外=CH；4—芳香醚的不对称C－O－C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3100～3000cm-1。（2）芳环的骨架振动频率σC=C一般有四个谱带：1600、1585、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σ＝CH（即取代）苯670cm-1（s）一元取代770～730cm-1（s），710～690cm-1（s）二元取代（邻位）770～735cm-1（s）二元取代（间位）900～860cm-1（m），810～750cm-1（s）725～680cm-1（m）二元取代（对位）860～800cm-1（s）三元取代（1，3，5取代）860～810cm-1（m），735～675cm-1（s）三元取代（1，2，3取代）780～760cm-1（m），725～680cm-1（s）三元取代（1，2，4取代）885～870cm-1（m），825～805cm-1（s）四、五元取代900～800cm-1（s）σ＝CH在2000〜1650cm-1范围出现的泛频吸收（有机物结构中无羰基＝CO）5醇、酚α-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3550～3200cm-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σOH在3650～3590cm-1，谱带尖锐，强度中等。结晶水的σOH也在3600～3000cm-1，但一般强度低而且峰窄。水峰同时在1670～1600cm-1附近出现H-O-H的弯曲振动峰，以示区别。（2）醇和酚的C－O伸缩振动频率在1260～1000cm-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1420～1330cm-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C－O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1150～1060cm-1（s）芳香醚1275～1210cm-1（s）乙烯基醚1225～1200cm-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18201760酰卤1800酯1740醛1730酮1715羧酸1700酰胺16907.1醛正丁醛的红外光谱(液膜，0.025mm)1—醛基中的CH；2—C＝O醛基有CHO两个特征吸收峰：（1）羰基的C＝O伸缩振动在1740～1720cm-1（s）；（2）醛基中的CH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；2－C＝O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O－H键伸缩振动、C一O键伸缩振动以及O－H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3200～2500cm-1，峰较强，峰形宽而散。这个谱带在2700～2500cm-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C＝O伸缩振动频率缔合时在1725～1700cm-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955～915cm-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1610～1550cm-1（S）和1420～1300cm-1（m）。7.4酯在酯基中（COOC），C＝O及C－O－C伸缩振动吸收是红外光谱中酯类的2个特征吸收峰：（1）绝大多数饱和羧酸酯的C＝O伸缩振动都位于1740cm-1附近；（2）酯基中的C－O－C伸缩振动在1300～1000cm-1有2个吸收峰，常为酯类化合物的最强吸收峰。其中C－O－C不对称伸缩振动在1300～1150cm-1（S），对称伸缩振动在1140～1000cm-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C＝O的倍频吸收峰。7.5酸酐乙酸酐的红外光谱图C＝O伸缩振动1828、1750cm-1；C－O－C伸缩振动1125cm-1酸酐的C＝O及C－O－C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C＝O伸缩振动由于分子中的2个羰基伸缩振动偶合，在1860～1800cm-1和1800～1750cm-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C－O－C伸缩振动为强而宽的吸收峰，开链酸酐在1170～1050cm-1，而环状酸酐在1310～1200cm-1。7.6酰卤苯甲酰氯的红外光谱1－C＝O伸缩振动；2－2×871cm-1因费米共振强度增加；3－C－C酰卤中由于卤原子与羰基相连，C＝O伸缩振动移至1800cm-1附近。在芳香酰卤中，由于875cm-1附近的C－C伸缩振动的倍频与羰基伸缩振动发生费米共振，所以羰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1－NH伸缩振动；2－C＝O伸缩振动(I带)3－NH(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C－N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。叔酰胺无此峰，可辨别伯、仲、叔酰胺。（2）酰胺的C＝O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C＝O低的频率出现尖峰，其强度相当于C＝O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