红外吸收光谱法——谱图解析实例（一）

2020.2.21

王辉

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应广大亲们的要求,小编又连夜精心整整理了红外吸收光谱图解析实例，希望对你在红外吸收光谱的解析上有所帮助。

　　利用红外吸收光谱进行有机化合物定性分析可分为两个方面：一是官能团定性分析，主要依据红外吸收光谱的特征频率来鉴别含有哪些官能团，以确定未知化合物的类别;二是结构分析，即利用红外吸收光谱提供的信息，结合未知物的各种性质和其它结构分析手段(如紫外吸收光谱、核磁共振波谱、质谱)提供的信息，来确定未知物的化学结构式或立体结构。

　　主要步骤

　　1.计算不饱和度

　　由于红外吸收光谱不能得到样品的总体信息(如分子量、分子式等)，如果不能获得与样品有关的其它方面的信息，仅利用红外吸收光谱进行样品剖析，在多数情况下是困难的。为此应尽可能获取样品的有机元素分析结果以确定分子式，并收集有关的物理化学常数(如沸点、熔点、折射率、旋光度等)，计算化合物的不饱和度。不饱和度表示有机分子中碳原子的不饱和程度，可以估计分子结构中是否有双键、三键或芳香环。计算不饱和度u的经验公式为：

　　式中，n₁、n₃和n₄分别为分子式中一价、三价和四价原子的数目。通常规定双键(C=C，C=O)和饱和环烷烃的不饱和度u=1，三键的不饱和度u=2，苯环的不饱和度u=4(可理解为一个环加三个双键)。因此根据分子式，通过计算不饱和度u，就可初步判断有机化合物的类型。

　　2.确定特征官能团

　　由绘制的红外吸收谱图来确定样品含有的官能团，并推测其可能的分子结构。

　　按官能团吸收峰的峰位顺序解析红外吸收谱图的一般方法如下：

　　(1)查找羰基吸收峰v_C_=O 1900～1650cm^-1是否存在，若存在，再查找下列羰基化合物。

　　①羧酸查找v_O-H 3300～2500cm^-1宽吸收峰是否存在。

　　②酸酐查找v_C=O 1820cm^-1和1750cm^-1的羰基振动耦合双峰是否存在。

　　③酯查找v_C=O 1300～1100cm^-1的特征吸收峰是否存在。

　　④酰胺查找v_N-H 3500～3100cm^-1的中等强度的双峰是否存在。

⑤醛查找官能团v_C-H和δ_C-H倍频共振产生的2820cm^-1和2720cm^-1两个特征双吸收峰是否存在。

　　⑥酮若查找以上各官能团的吸收峰都不存在，则此羰基化合物可能为酮，应再查找v_as,C-C-C在1300～1000cm^-1存在的一个弱吸收峰，以便确认。

　　(2)若无羰基吸收峰，可查找是否存在醇、酚、胺、醚类化合物。

　　①醇或酚查找v_O-H 3700～3000cm^-1的宽吸收峰及v_C-O和δ_O-H相互作用在1410～1050cm^-1的强特征吸收峰，以及酚类因缔合产生的γ_O-H 720～600cm-1宽谱带吸收峰是否存在。

　　②胺查找v_N-H 3500～3100cm^-1的两个中等强度吸收峰和δ_N-H 1650～1580cm-1的特征吸收峰是否存在。

　　③醚查找v_C-O 1250～1100cm^-1的特征吸收峰是否存在，并且没有醇、酚v_O-H 3700～3000cm^-1的特征吸收峰。

　　(3)查找烯烃和芳烃化合物。

　　①烯烃查找v_C=C 1680～1620cm^-1强度较弱的特征吸收峰及v_C=C-H在3000cm^-1以上的小肩峰是否存在。

　　②芳烃查找v_C=C 在1620～1450cm^-1出现的4个吸收峰，其中1450cm^-1为最弱吸收峰;其余3个吸收峰分别为1600cm^-1, 1580cm^-1和1500cm^-1。以1500cm^-1吸收峰最强，1600cm^-1吸收峰居中，1580cm^-1吸收峰最弱，并常被1600cm^-1处吸收峰掩盖而成肩峰。因此1500cm^-1和1600cm^-1双峰是判定芳烃是否存在的依据。此外还可查找v _C=C-H在3000cm^-1以上低吸收强度的小肩峰是否存在。

　　(4)查找炔烃、氰基和共轭双键化合物。

　　①炔烃查找v_C=C 2200～2100cm^-1的尖锐特征吸收峰和v_C=C-H 3300～3100cm^-1的尖锐的特征吸收峰是否存在。此吸收峰易与其它不饱和烃区分开。

　　②氰基查找v_C≡N 2260～2220cm^-1特征吸收峰是否存在。

　　③共轭双键查找v_C=C=C 1950cm^-1特征吸收峰是否存在。

(5)查找烃类化合物查找甲基-CH₃, v_C-H在2960cm^-1(v_as)和2870cm^-1 (v_s) 2个吸收峰;亚甲基-CH₂-,v_C-H在2925cm^-1(v_as)和2850cm^-1(v_s)的2个吸收峰;甲基和亚甲基的δ_C-H_(as)在1460cm^-1的吸收峰;甲基的δC-H(s)在1380cm^-1的吸收峰;4个以上亚甲基的φ-CH₂-在722cm-1吸收峰(它随CH₂个数减少，吸收峰向高波数方向移动);亚甲基-CH₂-，γ_C-H在910cm^-1的强吸收峰;次甲基,γ_C-H在995cm^-1的强吸收峰。

　　上述诸多吸收峰是否存在，可作为判定烃类存在与否的依据。

　　对一般有机化合物，通过以上解析过程，再查阅谱图中其它光谱信息，与文献中提供的官能团特征吸收频率相比较，就能比较满意地确定被测样品的分子结构。

　　3.谱图解析结果的确证

　　当谱图解析确定了样品组成后，还要查阅标准红外吸收光谱图，进行对比，以确证解析结果的正确性。

　　现有3种标准红外吸收谱图，即萨特勒红外标准谱图集(Sadtler catalog of infrared standard spectra)、分子光谱文献(documentation of molecular spectroscopy, DMS)穿孔卡片和Aldrich红外光谱库(the Aldrich litrary of infrared spectra)。

　　以下以5个实例说明IR谱图解析方法。

　　例1某未知物的分子式为C₁₂H₂₄，试从其红外吸收光谱图(图1)推出它的结构。