红外光谱的解析1
1)环张力: 当环张力加大时,其 红外吸收频率上升. 最典型的例 子是环上CH2 : 需要注意: 3000 cm-1 恰是CH2与不饱和CH2的分界线,环丙烧 的CH2 的吸收进到了不饱和CH2的范围,这在解析红外光谱时 需要特别留心. 2 ) 空间障碍 共轭体系具有共平面的性质, 当共轭体系的共平面性被破坏 时, 共轭体系也受到影响或破坏,红外吸收频率将移向较 高波数(与形成共轭体系红外吸收移向较低波数的方向相反) .
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3)烷基
C- H 键振动的分界线是3000 cm-1。不饱和碳〈双键及苯环〉 的碳氢伸缩振动频率大于3000 cm-1。饱和碳〈三元环除外〉的 碳氢伸缩振动频率低于3000 cm-1. 三C-H 的吸收峰在约3300cm-1,峰很尖锐,易与OH 和NH 的 吸收区别. 由于吸收波数较高,很容易与其他不饱和碳氢区分. 烯氢和苯环氢的吸收位移大于3000 cm-1,但是它们的吸收强度 都比较低,往往以肩峰的形式存在. 饱和碳的碳氢伸缩振动一般可见四个吸收峰 . 其中 2960cm-1 、 2870cm-1, 属于CH3,2925cm-1、2850cm-1属于CH2. CH3或CH2与氧原子相连时,其吸收位移移向较低波数.
的结构是否相同).
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5. 2 官能团的特征吸收频率
5.2. 1 红外光谱的基本公式 红外先谱的基本公式表示红外吸收波数和有关参数的关系,如 式(5 . 1)所示
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5.2.2 影响官能团红外吸收频率的因素
1. 电子效应 1 ) 诱导效应 如果脂肪酮羰基的一侧被卤素原子取代. 由于卤素原子吸电子,
(4)红外光谱谱图可以区分无机化合物和有机化合物,这是其他
有机分析仪器所不能或者不方便实现的.
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5. 1 红外谱图的基本知识
5. 1. 1 红外光谱谱图 红外图谱的横坐标是波数( cm-1),常见红外光谱仪所测谱图的 范围〈中红外区域〉是400~ 4000cm –1. 红外谱图的纵坐标表 示红外吸收的强弱,常见的为透过率.
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5. 3 红外光谱分区讨论
从式(5.1)可容易理解红外光谱的吸收频率取决于官能团的折合 质量和键力常数;当官能团的折合质量小或键力常数大时红外 吸收的频率高,反之则低.
下面把红外谱图分为6 个区进行讨论,其中前面4 个区属于官
能团区.后面两个区属于指纹区.
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5.3.1 成氢键的影响 无论形成分子间氢键还是形成分子内氢键,都使形成氧键的原 化学键的键力常数降低,因此红外吸收频率移向低波数方向 . 但是由于形成氢键之后,振动时偶极矩的变化加大,因此吸收 强度增加.氨基的情况与羟基类似.
羧酸分子能形成强烈的氢键,使其红外吸收移至3000cm-1 附近, 其吸收尾部延伸到约2500cm-1,形成一个很宽的谱带, 这是羧酸红外谱图的明显特征. 4 质量效应 含氮基团的氢原子被氘取代后,基团的红外吸收频率移向低波 数,因为原来的折合质量加大了 .
1. 4000~2500cm-1 是X-H ( X 包括C,N,O,S 等)的伸缩振动区 1) 羟基 醇和酚的羟基吸收处于3200 - 3650 cm-1。未形成氢键时, 羟基的吸收处于上述范围的较高波数端( 3610-3640 cm-1),且吸 收峰较尖锐 . 当形成分子间氢键或分子内氢键时,由于键力常 数的减小,吸收移向较低波数(3300cm-1附近) ,峰型宽而钝, 但其强度增加因而吸收比较强. 羧酸由于羟基和羰基的强烈缔合,其羟基的吸收位移移至 3000cm-1 以下,吸收峰的底部可延续到约 2500cm-1 ,形成一个 宽的吸收带.
第5 章 红外光谱的解析
红外光谱的作用不可忽视,其原因有下列几点: (1)红外光谱突出一些官能团〈特别是极性官能团〉的信息,且
对于解决未知物的结构问题常具有重要参考价值.
(2) 测定红外光谱最容易:固态、液态、气态均可进行测定,红 外光谱仪相对廉价,红外光谱的调定方便、快捷. (3) 对于商品类样品〈经常可能是混合物〉红外光谱最适合测定, 也易于与已知样品(包括商品样品)对比.
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3)共轭效应 当羰基与其他双键相连形成大的共轭体系时,其π 电子的离
域增大.双键键级下降,因此吸收频率下降. 相比于脂肪酮的 红外吸收1715 cm-1,, -不饱和酮的红外吸收为1675 cm-1, 芳香酮的红外吸收为1690cm-1是共轭效应的说明.
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2 空间效应
红外先谱中吸收峰的形状-般不尖锐,有的能扩展较宽,因此红
外吸收可称为吸收峰,也可称为吸收带.
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5. 1. 2 红外光谱的两大分区
红外光谱分为官能团区和指纹区两个大区.二者以1300 cm-1为分 界钱. 该分界线的较低波数区是指纹区,较高波数区为官能团区. 官能团区的吸收峰(带)反映样品中存在哪些官能团. 原则上讲, 官能团区的每个吸收峰(带)部对应一定的官能团. 指纹区与官能团区完全不同,虽然其中的一些吸收峰也启示某些 官能团的存在,但是很多吸收峰仅反映化合物的整体特征,因此 称为指纹区 . 由于每个有机化合物都有自己特殊的指纹吸收 . 因此红外光谱可以作为很好的同定方法 (证明选定的两个化合物
这将使羰基的双键性增加(可以理解为卤素使羰基不易往单键变 化) .因而酰卤羰基比酮羰基有更高的红外吸收频率.
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2)中介(共振)效应
共振效应可以说是一种思考方式,可以用共振效应解释一
些谱学现象 最典型的例子是酰胺的吸收. 按照共振效应,氨基
连接羰基则有
因此羰基的双键性降低,吸收频率移向低波数. 酰胺的红 外吸收频率都低于1690 cm-1.
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2 ) 氨基
氨基的红外吸收与羟基类似,游离氨基的红外吸收为33003500cm-1,缔合后吸收位移降低约100cm-1 .
伯氨有两个吸收峰. 因NH2有两个N- H 键,故有对称和反对称
伸缩振动,这使得它与羟基的吸收形成明显差别. 仲氨NH 只有一种伸缩振动,故只有个吸收峰,吸收峰的形状 比羟基的要尖锐. 叔氨因氮上无氢.在这个区域没有吸收.