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单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,红外谱图解析综述,常用术语：,1.,特征峰 分子中某一特定基团的某一振动方式其频率总是出现在一相对窄的区域，而分子的剩余部分对其影响较小。在不同分子中该基团振动频率基本上是相同的，这种可用于鉴定基团存在，并具有一定强度的吸收峰称为特征峰，其所在位置称为基团特征频率。,例如：,-CH3,，,-CH2,的伸缩振动频率在,3000,2800cm,-1,范围,C=O,的伸缩振动频率在,1800-1650cm-1,范围,2.,相关峰 一组具有相互依存关系的特征峰。,例如：,-CH=CH2,的 ,=CH2,3085cm,-1,C=C,1680,1620cm,-1,-CH=,990cm,-1,=CH,2 ,910cm,-1,用相关峰鉴定基团的存在是个较重要的原则,3.,特征区,4000,1350cm,-1,高频区 光谱与基团的对应关系强,4.,指纹区,1350,400cm-1,低频区 光谱与基团不能一一对应,其价值在于表示整个分子的特征,可知基团振动频率出现的位置主要取决于成键原子的折合质量,和键的力常数,K,X-H,键,4000,2500cm,-1,叁键,2400,2100cm,-1,双键,1900,1200cm,-1,单键,1650,500cm,-1,又因键的伸缩振动力常数大于变形振动力常数，因此伸缩振动在高频，变形振动在低频。通常可把,4000,650cm,-1,的中红外区域划分成四个区域便于理解和记忆。（见下图）,中红外光谱区域的划分,根据分子振动方程式,=,1.X-H,键伸缩振动区（,4000,2500cm,-1,）,X,为,O,，,C,，,N,，,S,，,P,，,Si,等原子。,（,1,）,O-H,和,N-H,的伸缩振动频率,游离的,3600,，,3500cm,-1,附近尖峰（图,5D,峰,1,图,16B,峰,1,）,缔合的,3400,3200cm,-1,宽大的吸收峰（图,5A,B,C,峰,1,图,6A,B,峰,1,）,注意：,OH,和,NH,的相互干扰，伯胺和仲胺的区别,(,图,6C,D,峰,1,图,11A,B,C,峰,1),有机酸,OH,和,CH,伸缩振动偶合引起的一系列多重峰（,3200,2500cm,-1,）,（图,8C,峰,1,图,16C,峰,1,）,O-H,的伸缩振动可作为判断醇，酚，酸的重要依据。,（,2,）,C-H,的伸缩振动频率,饱和的,C-H,在,3000cm,-1,以下（,3000,2700cm,-1,）,不饱和的,C-H,在,3000cm,-1,以上（,3300,3000cm,-1,）,用,3000cm,-1,为界限可判别化合物是饱和的还是不饱和的。,饱和的：,CH,3,as,2962cm,-1,s,2872cm,-1,CH,2,as,2926cm,-1,s,2853cm,-1,（图,1A,B,C,D,峰,1,图,2A,B,C,D,峰,2,）,CH 2890cm,-1,（弱峰，不易观测到），但,-CHO,基团上的,-CH,在,2720cm,-1,附近，尖锐易识别。,(,图,8B,峰,3),N-CH,3,，,O-CH,3,一般在,2800cm,-1,附近。,(,图,7A,峰,3,图,9B,峰,2),不饱和的：,C-H,3300cm,-1,（图,3A,峰,1,）,=C-H ,3100cm,-1,（图,2A,B,C,D,峰,1,）,苯环,C-H ,3030cm,-1,（图,4A,B,C,D,峰,1,，图,5A,B,C,D,峰,2,）,（,3,）其它：,S-H 2600,2500cm,-1,弱峰，不易检别，需用,Raman,光谱来判断。,（图,12D,峰,2,）,Si-H 2160,2110cm,-1,强峰（图,15D,峰,2,）,P-H 2440,2270cm,-1,中强峰（图,15A,峰,2,）,2.,叁键和累积双键伸缩振动区（,2500,1900cm,-1,）,主要包括炔基,-C,C-,，腈基,-C,N,，丙二烯基,-C=C=C-,，,烯酮基,-C=C=O,，异氰酸酯基,-N=C=O,等的伸缩振动。,（,1,）炔烃：,R-C,CH,单取代 ,C,C,2140,2100cm,-1,（图,3A,峰,3,）,R-C,C-R,双取代 ,C,C,2260,2190cm,-1,如果,R=R,，,C,C,为红外非活性（图,3B,）,（,2,）腈基：脂肪族,C,N,2260,2240cm,-1,（针状）（图,3C,峰,2,）,芳香族,C,N,2240,2215cm,-1,（针状）,（,3,）异氰酸酯基：,as,-N=C=O 2280,2265cm,-1,（强）（图,3D,峰,2,）,s,-N=C=O -1385,（弱）无实用价值。,3.,双键伸缩振动区（,1900,1200cm,-1,）,主要包括,C=C,，,C=O,，,-NO,2,，,S=O,，,P=O,等键的伸缩振动和芳环的骨架振动等。,（,1,）烯烃：,C=C,1680,1620cm,-1,（强度可变图,2A,B,C,D,峰,3,）,共轭作用，波数偏低，强度增加。,（,2,）,苯环：骨架振动在,1620,1450cm,-1,范围内，常有四个吸收峰。,1600cm,-1,和,1500cm,-1,（强度可变，这二个对确定苯环结构有用）,1580cm,-1,（较弱，但在共轭体中增强）,1450cm,-1,（常与,CH,2,剪式振动,1470cm,-1,重叠）,（图,4A,B,C,D,峰,2,、,3,图,5A,B,C,D,峰,3,、,4,，图,9B,峰,4,、,5,图,16A,峰,4,）（,3,）羰基：,C=O,1850,1550cm,-1,（强，容易识别）,根据,C=O,基出现的不同位置，可判别是何种羰基化合物，如酸，酯，酮，醛，酸酐，酰胺，酰卤，羧酸盐，醌，二酰基过氧化物等等。,饱和酯肪族,C=O,基位置（,cm,-1,）,酮,1715cm,-1,以此为基准,过氧化物,1815,和,1790,酸酐,1820,和,1760cm,-1,酰卤,1800,酯,1740,醛,1730,羧酸,1700,缔合,1760,游离,酰胺,1650,（酰胺谱带,I,）,羧酸盐,1600,1500,和,1400,醌,1667,如果,C=O,基与双键，苯环共轭。,C=O,基的伸缩振动频率比上述相应位置要低，强度增加。在解析光谱时必须注意。（图,8A,峰,2,B,峰,4,C,峰,2,D,峰,1,酮羰基,峰2,羧酸盐羰基,图,9A,峰,2,B,峰,3,C,峰,2,D,峰,3,图,10A,峰,2,B,峰,1,C,峰,2,D,峰,1,图,11A,峰,3,B,峰,3,C,峰,2,酰胺谱带,图,16B,峰,3,C,峰,2,）,（,4,）硝基,-NO,2,：（图,12A,峰,2,、,3,B,峰,2,、,3,、,4,C,峰,2,3,4,D,峰,3,4,）,脂肪族：,as 1565,1545,（,-1550cm,-1,）（强）,s 1385,1350 (-1370cm,-1,）（强）,芳香族：,as 1550,1500cm,-1,s 1365,1290cm,-1,比脂肪族稍低,（,5,）,S=O,：（图,13A,峰,3,B,峰,3,、,4,C,峰,1,D,峰,1,）,砜,as1350,1290cm,-1,s1165,1120cm,-1,（强）,亚砜,1070,1030cm,-1,（强）,（,6,）,P=O,：（图,15A,峰,3,4,）,P=O,1300,1140cm,-1,（接近单键区）,4.X-Y,键伸缩振动和,X-H,键变形振动区（,1650,650cm,-1,）,X,，,Y,为除了,H,以外的其它原子，主要包括,C-O,，,Si-O,，,C-C,，,C-N,，,C-,卤素等伸缩 振动和,C-H,，,N-H,，,O-H,等的变形振动。此区域的光谱比较复杂，有些谱峰无法确定为基团频率，其主要价值在于表征整个分子的特性（指纹区），有些谱峰还是可以与结构单元对应起来的，用来判别化合物的构型和取代类型。,（,1,）,C-O,伸缩振动：,1300,1000cm,-1,中最强的一个或二个峰，容易检测。可用来判别醇，醚，酯，酸等的存在。（图,6B,峰,3,图,7A,峰,5,、,6,B,峰,3,、,4,、,5,C,峰,5,D,峰,4,图,9A,峰,5,、,6,B,峰,6,、,7,C,峰,3,D,峰,4,图,16B,峰,4,C,峰,3,）,（,2,）,C-,卤素伸缩振动：,C-F 1400,1000cm,-1,（强）,C-Br 600,500 cm,-1,（可变）,C-,Cl,800,600 cm,-1,（强）,C-I ,500 cm,-1,（可变）（图,14A,B,C,D,峰,1,）,（,3,）,Si-O-Si,伸缩振动：,1120,1020cm,-1,（强，二个或多个吸收峰）（图,15B,C,峰,3,D,峰,4,）,（,4,）,N-H,变形振动：,伯胺基,-NH,2,面内变形,1650,1550cm,-1,（图,6C,峰,3,图,11A,峰,4,B,峰,4,酰胺谱带,）,面外变形,900,650cm,-1,（宽大）（图,6C,峰,6,图,11B,峰,5,）,仲胺基,NH,面内变形 弱峰，不易找到,面外变形,750,700cm,-1,（宽大）（图,6D,峰,5,图,11C,峰,4,5,）,O-H,变形振动：,缔合状态的醇类在,650cm,-1,附近形成一个宽大的,OH,面外变形吸收峰，形状与,NH,的面外变形相近。（图,6B,峰,4,）。羧基上的,OH,面外变形振动在,920cm,-1,附近（图,8C,峰,3,，图,16C,峰,4,）。,（,6,）,C-H,变形振动：,A,：,asCH,3,和,CH,2,1460cm,-1,s,CH,3,1380cm,-1,（图,1,峰,2,3,图,2,峰,4,5,）,从,1460cm,-1,和,1380cm,-1,峰的相对强度可判断化合物链的长短。,B,：和非碳原子相连时，,CH,3,和,CH,2,的变形振动发生位移。如,S-CH,3,、,O-CH,3,.,光谱解析时需注意。,C,：当一个,C,原子上存在二个,CH3,或三个,CH3,时，,1380cm,-1,峰裂分：异丙基,sCH,3,裂分成,1380,，,1370cm,-1,强度大约相等（图,1C,峰,3,）。叔丁基,sCH,3,裂分成,1395,（,m,），,1365,（,s,）（图,1D,峰,3,）。以此可判断化合物的支化情况。,D,：,-CH,2,-,n,的面外摇摆峰，,n,4,时出现,720cm,-1,吸收峰。可判断是否是长链化合物。（图,1A,、,B,峰,4,，图,7C,峰,6,、,D,峰,5,，图,9C,峰,4,、,D,峰,5,）,（,7,）,1000,650cm,-1,C-H,面外变形振动，用来确定烯烃化合物的顺反构型或苯环的取代类型。,A,：烯烃,=CH,的面外变形振动出现的位置，很大程度上取决于双键的取代情况，一般都是强吸收。,单取代,990cm,-1,（,-CH=,）,910cm,-1,（,=CH2,）附近 （图,2A,峰,6,图,3C,峰,3,）,偏二取代,890cm,-1,附近（图,2B,峰,6,）,反式双取代,970cm,-1,附近（图,2D,峰,6,）,顺式双取代,730,650cm,-1,例外较多（图,2C,峰,6,）,三取代,840,790cm,-1,四取代,无,=CH2,面外变形峰。,B,：苯环上,H,原子的面外变形吸收峰位置取决于苯环的取代类型，即与苯环上相邻,H,原子的数目有关，与取代基的类型基本上无关。随着邻接,H,原子数目的增加，,C-H,面外变形的波数减少。,如：孤氢（,1,，,3,，,5,取代）,900,850cm,-1,邻接二氢（,1,，,4,取代）,860,800cm,-1,邻接三氢（,1,，,3,取代；,1,，,2,，,3,取代）,810,750cm,-1,邻接四氢（,1,，,2,取代）,700,730cm,-1,邻接五氢（单取代）,770,730cm,-1,710,690cm,-1,邻接六氢（苯）,675cm-1,这谱带的位置连同它在,2000,1650cm,-1,范围出现的倍频吸收图象，为决定苯环 的取代类型提供了很好的依据。见附图。,（注：在确定取代类型时要查阅详细数据，并配合核磁共振谱）（图,4A,、,B,、,C,、,D,峰,4,图,5A,峰,5,B,峰,5,、,6,C,峰,5,D,峰,5,图,16A,峰,5,）,三、不饱和度的计算,不饱和度表示分子结构不饱和的程度。在未知结构分析时，根据样品预测的分子式（通过元素分析或质谱得到）可以计算分子的不饱和度,U,，从而估计分子结构中是否会含有双键，叁键，芳香环等。这对推测分子结构非常有用，也可验证光谱解析结果的合理性。,由分子式计算不饱和度,U,的经验公式为：,式中,n,1,，,n,3,，,n,4,分别为分子式中一价，三价和四价原子的数目。,满足通式,C,n,H,2n+2,的为饱和化合物。通常规定双键（,C=C,，,C=O,等）和饱和环状结构的不饱和度为,1,。叁键（,C,C,，,C,N,等）的不饱和度为,2,。苯环的不饱和度为,4,（一个环加三个双键）。,1,H,2,C=CH,2,2,H,2,C=O,3,4,CH,3,CN,5,如果分子中有高于四价的杂原子，此计算公式不适用。此式对于稠环芳烃也不适用。,四、未知光谱解析举例,1.,某未知物分子式为,C,10,H,10,O,4,根据其红外光谱图（图,16D,）来推断其结构。,不饱和度计算：,U,4,可能有苯环。,红外光谱特征峰：,根据,3000cm-1,以上，,1599.7,，,1579.4,1488.8,746.1cm-1,推断有 结构存在,根据,1729.6,（强）,1291.8,和,1124.2cm-1,及分子式中有四个,O,推断有二个,-COOR,结构存在,以上推断得到的结构为：,已具有,8,个,C,，,4,个,H,，,4,个,O,，与分子式相比还少,2,个,C,、,6,个,H,，所以结构式可能为：邻苯二甲酸二甲酯,用不饱和度验证，再用标准光谱核实。,2.,某未知物分子式为,C,8,H,7,N,，根据其红外光谱图（图,16E,）来推断其结构。,不饱和度计算：可能有苯环。,红外光谱特征峰：,根据,3037,、,1608,、,1508,、,817cm,推断有,根据,2228cm,-1,推断有,C,N,。,根据,1608,和,1508cm,-1,的峰都很强,并且,1574cm,-1,肩峰也明显，说明苯环与不饱和基团或具有孤对电子的基团相互共轭。以上推断的结构为,已具有,7,个,C,，,4,个,H,，,1,个,N,。,根据,2925,，,1450,，,1381cm,-1,及剩下的,C,，,H,数可知有,-CH,3,。因此结构可能为,用不饱和度验证，再用标准光谱核实。,五,.,参考文献,1.,Flett,M.St.C,Characteristic Frequencies of Chemical Groups in the Infrared,1963.,2.,Bellany,L.J.The Infrared spectra of Complex Molecules.Wiley,N.Y.1958,1969,1975.,(,中译本：“复杂分子的红外光谱”，黄维恒，聂崇实译，第二版,.,科学出版社，,1975,年）,3.Nakanishi Koji,Infrared Absorption Spectroscopy practical-,Nankodo,Comp.,Limtd,.TOKYO.1962.,(,中译本：“红外吸收光谱”,.,中西香尔,.P.H.,索罗曼著,.,吴平平等译,.,中国化学会,1980,）,4.,王宗明等编著：实用红外光谱学,.,石油工业出版社,.1982.,5.,董庆年编：红外光谱法,.,石油化学工业出版社,1977.,6.,Colthup,N.B,Daly,L.H.,and,Wiberley,S.E.Introduction to Infrared and Raman 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