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3. 红外光谱的谱带分区

3. 红外光谱的谱带分区. 在有机化合物中，不同基团（官能团）具有特征的红外吸收峰。根据官能团的特征吸收峰所处频区的不同，将红外光谱被划分为 四个谱带区： X-H 伸缩振动区（ 4000~2500 cm -1 ） 三键和累积双键区（ 2500~2000 cm -1 ） 双键区（ 2000~1500cm -1 ） 指纹区（ 1500~600cm -1 ）. X-H 伸缩振动区 （ 4000~2500 cm -1 ）：所有位于 4000~2500 cm -1 之间的吸收峰都可以被指认为 X-H 伸缩振动的基频峰。

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3. 红外光谱的谱带分区

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Presentation Transcript

  1. 3. 红外光谱的谱带分区 在有机化合物中，不同基团（官能团）具有特征的红外吸收峰。根据官能团的特征吸收峰所处频区的不同，将红外光谱被划分为四个谱带区： • X-H伸缩振动区（4000~2500 cm-1） • 三键和累积双键区（2500~2000 cm-1） • 双键区（2000~1500cm-1） • 指纹区（1500~600cm-1）

  2. X-H伸缩振动区（4000~2500 cm-1）：所有位于4000~2500 cm-1之间的吸收峰都可以被指认为X-H伸缩振动的基频峰。 • 游离态的醇和酚的O-H伸缩振动带出现在3650~3590 cm-1； • 含有N-H键的胺和酰胺的N-H伸缩振动出现在3500~3150cm-1； • 而烃类化合物的C-H伸缩振动频率在3300~2700 cm-1，高于3000为不饱和键的C-H吸收峰，低于3000为饱和键的C-H吸收峰； • N-H伸缩振动：伯胺（伯酰胺）通常会在该频率范围内出现双峰结构，但是仲胺（仲酰胺）只出现一个吸收带，而叔胺（叔酰胺）则没有吸收带 ； • 醛的C-H伸缩振动：表现为双线结构，它是醛基中C-H伸缩振动和C-H弯曲振动的倍频之间的Fermi共振的贡献

  3. X-H伸缩振动区的谱带指认：

  4. 三键和累积双键区 （2500~2000 cm -1）： • C≡C伸缩振动和C≡N伸缩振动：前者位于2280~2100 cm-1，后者位于2260~2240 cm-1，相互有重叠，可以通过强度对它们加以区别； C≡C几乎没有电偶极矩，相应吸收强度非常弱；而C≡N具有很大的电偶极矩，相应吸收强度为中等。 • 累积双键：如丙二烯类（-C=C=C-）、烯酮类（-C=C=O）、异氰酸脂类（-N=C=O）等，其反对称伸缩振动偶合带出现在2300~2100 cm-1，而二氧化碳（O=C=O）在2350 cm-1附近出现吸收带。 • 其它：对于某些X-H伸缩振动带，当X具有较大的原子质量时，比如：X为B、P或Si等，也会出现在这个区域。

  5. 双键区 （2000~1500 cm -1）： C=C和C=O双键伸缩振动是该区域的最主要的谱带。 • C=O伸缩振动：羰基中的C=O伸缩振动带为强吸收带，它通常出现在1830~1600 cm-1。 • C=C伸缩振动：非常弱，它出现在大约1600 cm-1，对于苯环，则可以在2000~1650 cm-1探测到多个C=C伸缩振动吸收弱带 。 • 注意：胺中的N-H弯曲振动吸收频率也在该区域，为1630~1500 cm-1，并且吸收强度大，为了避免混淆，在指认吸收带前一般先要检查N-H伸缩振动区域。

  6. 非饱和键伸缩振动区的谱带指认： 2260－2210（与苯基相连）

  7. 指纹区 （1500~600 cm -1）： C-X（C、N、O）单键伸缩振动和各种弯曲振动峰通常处在这个区域 。 • 含氧化合物（醇、酚、醚、酸酐、酯等）C-O键的伸缩振动位于1300~1000cm-1，它对于鉴别C-O键的存在非常有用，如果没有强的吸收带出现在指纹区，一般可认为不存在C-O键 ； • -CH3的对称和非对称弯曲振动频率分别为1380 cm-1和1460 cm-1），连在同一个碳原子上的多个甲基 • 异丙基(CH3)2CH-，1385~1380 cm-1和1370~1365 cm-1，强度相当的峰 • 叔丁基(CH3)3C-，1395~1385 cm-1和1370 cm-1，后者强度大于前者 • 亚甲基（CH2）的面内摇摆振动，780~720 cm-1， 4个以上的亚甲基连成直线，吸收在722 cm-1，随着相连的甲基数目减少，吸收峰会向高波数移动，以此可以推测分子链的长短， • 烯烃的C-H面外弯曲振动位于1000~650cm-1范围，谱带的位置与取代基有关，而苯环的C-H面外弯曲振动则位于900~650cm-1范围，谱带的位置和数目与苯环的取代情况有关 ； • 注意：通常在指纹区不太容易指认每一个吸收带，因为一些非常相似的分子在这个区域会有不同的吸收模式，并且大部分的单键具有相似的吸收频率，这使得它们会发生振动偶合 。

  8. 指纹区的谱带指认： 810~820

  9. 红外光谱解析的一般步骤 在获得分子式后，红外光谱解析可按如下步骤进行， (1) 计算不饱和度 n — 四价元素数 t — 三价元素数 m — 一价元素数

  10. 低于 饱和烃 2280~2100 cm-1 炔烃 3000 cm-1附近 CH伸缩振动 烯烃 炔烃 芳香 2500~1500 cm-1 不饱和CC伸缩 1667~1640 cm-1 烯烃 高于 1600~1585 cm-1 1500~1400 cm-1 芳香族化合物 <910 cm-1 确定取代基数目及位置 红外光谱解析的一般步骤（Cont.） (2) 确定碳链骨架，由高波数到低波数区，CH伸缩振动→不饱和碳碳伸缩振动→CH面外弯曲振动 (3) 确定其它官能团区，如C=O、OH、C≡N等

  11. 红外光谱解析举例 • 例子1：分子C8H7N，红外光谱如下，推导其结构。

  12. 例子2：试推断化合物C4H5N的结构。

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