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Ch2有机化合物光谱和波谱分析-2.3


合理的结构。
7、确证解析结果 按以下几种方法验证
(1)设法获得纯样品,绘制其光谱图进行对照,但必须考
虑到样品的处理技术与测量条件是否相同。
(2)若不能获得纯样品时,可与标准光谱图进行对照。当
谱图上的特征吸收带位置、形状及强度相一致时,可以完全 确证。当然,两图绝对吻合不可能,但各特征吸收带的相对 强度的顺序是不变的。 常见的标准红外光谱图集有Sadtler红外谱图集、Coblentz
l

(2)谱线增加的原因 大多数为基频谱带,还可有如下频带
①倍频(泛频)带(over tone):出现在强的基频带频率的 大约两倍处(实际上比两倍低),一般都是弱吸收带(强度 为基频的 1/10 或 1/100 )。例如 C=O 伸缩振动频率: 1700cm-1 , 倍频带:3400cm-1处,和—OH的伸缩振动吸收带重叠。
面内变形(=C-H)1400-1420 cm-1 (弱) 面外变形(=C-H) 1000-700 cm-1 (有价值)
R1 H R1 R2 R1 R2 C C R4
610-700 cm-1(强) 2:1375-1225 cm-1 (弱)H C C源自R2 C C R3 R3总结
ⅰ 分界线1660cm-1 ⅱ 顺强,反弱
ⅲ 四取代(不与O,N等相连)无υ
ⅳ 端烯的强度强
(C=C)峰
ⅴ共轭使υ
-1 下降 20-30 cm (C=C)
H C C R R1 C C R2
υ υ
C C
2140-2100cm-1 (弱) 2260-2190 cm-1 (弱)
C C
3)C-H 变形振动(1000-700 cm-1 )
1
I 100 I0
)自下而上
从0~100。吸收强度越低,透光率越大,当无吸收时,曲线在图的最上部。
可以用峰数,峰位,峰形,峰强来描述
峰强:Vs(Very strong):很强;s(strong):强; m(medium):中强;w(weak):弱。 峰形:表示形状的为宽峰、尖峰、肩峰、双峰等类型
③振动偶合( vibrational coupling ):当分子中两个或两
个以上相同的基团与同一个原子连接时,其振动吸收带常发 生分裂,形成双峰,这种现象称为振动偶合。有伸缩振动偶 合、弯曲振动偶合、伸缩与弯曲振动偶合三类。例如: (CH3)2CH—中的两个甲基相连在同一碳上,其δ 振动频率,是由弯曲振动偶合引起的。 ④费米共振(Fermi resonance):当强度很弱的倍频带或合 频带位于某一强基频吸收带附近时,弱的倍频带或合频带和 基频带之间发生偶合,使得倍频带或合频带加强,而基频带
和度,并结合红外光谱,对剩余部分的结构做适当的估计
在判断存在某基团时,要尽可能地找出其各种相关吸收带,切不可仅
根据某一谱带即下该基团存在的结论。
同理,在判断某种基团不存在时也要特别小心,因为某种基团的特征 振动可能是非红外活性的,也可能因为分子结构的原因,其特征吸收变 得极弱。
6、提出结构式 如果分子中的所有结构碎片都成为已知(分子中的所有原 子和不饱和度均已用完),那么就可以推导出分子的结构式 。在推导结构式时,应把各种可能的结构式都推导出来,然 后根据样品的各种物理的、化学的性质以及红外光谱排除不
C H H C H C CH2 C H
3080 cm-1
3030 cm-1 3080 cm-1 3030 cm-1 3300 cm-1 3080-3030 cm-1
C H 变形
振动
3000
cm-1
2900-2800 cm-1
2)C=C 伸缩振动(1680-1630 cm-1 ) υ H R
反式烯
1
n6,n5, n4 , n3 , n1 分别为分子中六价,五价,……,一 价元素数目。
作用: 由分子的不饱和度可以推断分子中含有双键,三键, 环,芳环的数目,验证谱图解析的正确性。 例: C9H8O2 UN = (2 +29 – 8 )/ 2 = 6
3、从特征频率区中确定主要官能团取代基
与一定结构单元相联系的、在一定范围内出现的化学键 振动频率——基团特征频率(特征峰); 例: 2800 3000 cm-1 —CH3 特征峰; 1600 1850 cm-1 — C=O 特征峰; 基团所处化学环境不同,特征峰出现位置变化:
(C=C)
H
C C R2 C C R3 H R3 C C R4
R2 C C H H C C H H C C H
三取代烯 四取代烯
R1 R2 R1 R2
1680-1665 cm-1
弱,尖 分界线
顺式烯 乙烯基烯 亚乙烯基烯
R1 H R1 H R1 R2
1660cm-1
1660-1630cm-1
中强,尖
2.5~15.4μm的中红外区应用最广
104 (cm ) ( m)
1

可知,2.5~15.4μm波长范围对应于4000cm-
1~650cm-1。大多数有机化合物及许多无机化合物的化学键振 动均落在这一区域 。
3、红外吸收光谱产生的条件condition of Infrared absorption spectroscopy
应用:有机化合物的结构解析。 定性:基团的特征吸收频率; 定量:特征峰的强度;
2、为什么红外光谱图纵坐标的范围为4000~400 cm-1?
红外光波波长位于可见光波和微波波长之间 0.75~1000μm(1μm=10-4 cm)范围。 0.75~2.5μm为近红外区 2.5~25μm为中红外区
25~1000μm为远红外区
as(CH3)1460㎝ -1
不对称 υ as(CH3) 2960㎝-1
②峰位、峰数与峰强
峰位
键的振动频率越大,吸收峰将出现在高波数区(短波长区);
反之,出现在低波数区(高波长区)。
例1 水分子 (非对称分子)
峰数
吸收。
峰数与分子自由度有关。无瞬间偶基距变化时,无红外
峰强
瞬间偶基距变化大,吸收峰强;键两端原子电负性相差越大
—CH2—CO—CH2—
—CH2—CO—O— —CH2—CO—NH—
1715 cm-1
1735 cm-1 1680 cm-1

酯 酰胺
4、再根据谱带的位置、强度、宽度等特征,推测官能团可能与什么取 代基相连接。 5、从分子中减去己知基团所占用的原子,从分子的总不饱和度中扣除
已知基团占用的不饱和度。根据剩余原子的种类和数目以及剩余的不饱
1372-1368cm-1 1391-1381cm-1 1368-1366cm-1 1405-1385cm-1
1:1
1155cm-1
1170cm-1
4:5
C H3
C H3 C C H3 C H3
1195 cm-1
1:2
1372-1365cm-1
1250 cm-1
3) CH2面外变形振动—(CH2)n—,证明长碳链的存在。 n=1 770~785 cm-1 (中 ) n=2 740 ~ 750 cm-1 (中 ) n=3 730 ~740 cm-1 (中 )
②合频(组频)带(combination tone):也是弱吸收带,出
现在两个或多个基频频率之和或频率之差附近。如基频分别
为ν1和ν2的吸收带,其合频带可能出现在ν1+ν2或ν1—ν2附近。
例如一取代苯在2000 cm-1~1660cm-1有吸收带,即为δ(C—H)= (1000 cm-1~700 cm-1)的合频。
n≥ 722 cm-1 (中强 )
4) CH2和CH3的相对含量也可以由1460 cm-1和1380 cm-1的峰 强度估算强度
正二十八 烷
正庚烷
正十二 烷
1500 1400 1300cm-1 1500 1400 1300 cm-1 1500
1400 1300cm-1
2、 烯烃,炔烃
C H C H 伸缩 振动 C C C C 1)C-H 伸缩振动(> 3000 cm-1) H υ (C-H)

N个原子组成分子,每个原子在空间具三个自由度
分子振动自由度 3N (平动自由度 转动自由度)
分子自由度 平动自由度 转动自由度 振动自由度 3N
非线性分子: F 3N 6

• • •
注: 振动自由度反映吸收峰数量 并非每个振动都产生基频峰 吸收峰数常少于振动自由度数
CH2 CH3 对称伸缩2872cm-1±10 CH2不对称伸缩2926cm-1±10 CH3不对称伸缩2962cm-1±10
对称伸缩2853cm-1±10
1)由于支链的引入,使CH3的对称变形振动发生变化。 2)C—C骨架振动明显
H C C H3 C H3
C H3 C
CH3 δ
s
C—C骨架振动
1385-1380cm-1
学会谱图集、API光谱图集、DMS光谱图集。
知识拓展:各类化合物的红外光谱图
1、烷烃
(CH3,CH2,CH)(C—C,C—H ) δ CH3 CH2
as1460
3000cm-1
cm-1 cm-1 重 叠
δ s1380
δ s1465 cm-1 -(CH2)nn
CH2 r 720 cm-1(水平摇摆)
③样品的化学性质;
④元素分析结果,相对分子质量或质谱提供的分子离子峰 ,并由此求出分子式; ⑤红外光谱测定条件和制样方法及所用仪器分辩率。
2、计算不饱和度
定义: 不饱和度是指分子结构中达到饱和所缺一价元素的 “对”数。如:乙烯变成饱和烷烃需要两个氢原子,不饱和 度为1。 计算: 可按下式进行不饱和度的计算: UN= (2 + 4n6 + 3n5 + 2n4 + n3 – n1 )/ 2
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