红外原理及实例分析(4)

2019-08-01 23:36

的电负性大于碳原子的电负性,振动过程中C=O偶极矩变化大于C=C偶极矩变化,所以峰的强度很强,足以区分羰基化合物和烯烃类化合物。

3. γ=CH:是烯烃类化合物的最重要的振动形式,可提供结构确定最有价值的信息。它可以用来判断双键上的取代类型。取代类型与γ=CH发生的振动频率见表2-2。

表2-2 不同取代类型的γ=CH

取代类型 RCH=CH2 R2C=CH2

RCH=CR′H(顺) RCH=CR′H(反)

R2C=CRH

振动频率㎝

890 690 970 840~790

-1

吸收峰强度

s m至s m至s m至s m至s

900和910

例 下列化合物(A)与(B)在C-H伸缩振动区域中有何区别?

CH3CHCH3CH3CHCH3

(A) (B)

解:(A)在大于3000㎝-1处(3025㎝-1)有不饱和的C-H伸缩振动,而(B)在大于3000㎝-1处没有吸收。

环烯:环内双键的吸收频率随着环元素的减少,环张力增大,吸收频率降低,环丁烯达到最小;环外双键的吸收频率随着环元素的减少,环张力增大,吸收频率升高。(如前所述环张力对吸收峰谱带位置的影响)。图2-18说明烯烃类化合物的特征吸收。

例 下列化合物的红外光谱有何不同?

CH3-CH==CH-CH3 CH3-CH==CH2

(A) (B) 解:(A)、(B)都在1680~1620㎝-1区间有νC=C的吸收,但(A)分子对称性较高,对称伸

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缩振动时,引起瞬间偶极矩变化较小,吸收发、峰较弱。另外,C-H的面外弯曲振动(γCH)不同,(B)为RCH=CH2单取代类型,在990㎝-1和910㎝-1处有两个强的吸收峰,而(A)为RCH=CR′H双取代类型,在970㎝-1(反式)或690㎝-1(顺式)处有一个中强或强的吸收峰。

(三)炔烃类化合物

炔烃主要有ν≡CH和νC≡C吸收峰。

1. ν≡CH :ν≡CH > ν=CH,发生在3360~3300㎝-1,吸收峰强且尖锐,易于辨认。

~ > v~-可用C-H中C原子的杂化类型不同进行解释,C原子的杂化中s轨ν≡CH > v=CHCH

道的成分越多,与H原子的s轨道成键形成分子轨道时,重叠的部分就越多,化学键就越稳定,键常数就越大,振动频率就越高。

2. νC≡C:发生在2100~2260㎝-1,RC≡CH:νC≡C发生在2100~2140㎝-1;R′C≡CR:νC

-1

。νC≡N也发生在这一区域附近,但νC≡N峰很强,可以加以区分。≡C发生在2190~2260㎝(W)

图2-14说明炔烃类化合物的特征吸收。如果在2270㎝-1、2210㎝-1、2100㎝-1出现2~3个C≡C振动特征峰时提示可能有-C≡C-C≡C-的存在。

(四)芳香族化合物

芳香族化合物主要有ν=CH、νC=C、泛频区、δCH和γ=CH 五种振动形式。

1. ν=CH :苯环的=CH伸缩振动中心频率通常发生在 3030㎝-1,中等强度。

2. νC=C (苯环的骨架振动):在1650~1450㎝-1范围内常常出现四重峰,其中~1600㎝-1和~1500㎝-1的两谱带最重要,它们与苯环的=CH伸缩振动结合,可作为芳香环存在的依据。此二峰的强度变化较大,非共轭时强度较小,有时甚至以其它峰的肩峰存在,~1500㎝-1峰稍强些,当苯环与其它共轭时,这些峰强度大大增强。其它两个谱峰为~1580㎝-1(VW)和~1450㎝-1,

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后者与-CH2弯曲振动重叠,二者都不易识别,结构信息不明显,意义不大。泛频区:芳香族化合物出现在2000~1666㎝-1范围内的吸收峰称为泛频峰,其强度很弱,但这一范围的吸收峰的形状和数目,可以作为芳香族化合物取代类型的重要信息,它与取代基的性质无关。这个区域内典型的各种取代形式见右图。

3. δCH:出现杂1225~955㎝-1范围内,该区域的吸收峰,特征性较差,结构解析意义不大。 4. γ=CH:芳香环的碳氢面外弯曲振动在900~690㎝-1范围内出现强的吸收峰,它们是由芳香环的相邻氢振动强烈偶合而产生的,因此它们的位置与形状由取代后剩余氢的相对位置与数量来决定,与取代基的性质基本无关。常见苯环各种取代形式见上图及表2-3。

表 2-3 不同取代类型的γ=CH

取代类型 单取代 邻双取代 间双取代

对双取代 五取代

剩余氢形式 五个相邻氢 四个相邻氢 三个相邻氢 孤立氢 两个相邻氢 孤立氢

振动频率㎝-1 ~750、~690

~750 ~690、~780

~880 860~800 900~860

强度 (vs) (s) (vs) (vs) (m~s)

(m) (vs) (s)

例:下列化合物的红外光谱有何不同?

CH3CH3CH3 (A) (B) 解:(A)、(B)主要在1000~690㎝-1区间内的吸收不同,(A)有三个相邻的H原子,通常情况下,这三个相邻的H原子相互偶合,在900~690㎝-1区间内出现两个吸收峰,即在810~750㎝-1区间内有一强峰,在725~680㎝-1区间内出现一中等强度的吸收峰。而(B)有两个相邻的H,

所以在860~800㎝-1区间内出现一中等强度的吸收峰。

图2-25、图2-26、图2-27和图2-28说明芳香族化合物的特征吸收。

CH3 18

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(五)醇类和酚类化合物

醇类和酚类化合物主要特征吸收为νOH、 νC-O 和δOH。

1.游离的醇或酚νOH位于3600~3650㎝-1范围内,强度不定但峰形尖锐。形成氢键后,νOH

向低频区移动,在3500~3200㎝-1范围内产生一个强的宽峰。游离峰和氢键峰见图2-19,样品中有微量水分时在3650~3500㎝-1区间内有干扰。

2. νC-O:νC-O 位于1250~1000㎝-1范围内,可用于区别醇类的伯、仲、叔的结构。 醇类和酚类化合物νOH 、νC-O见表2-4

3. δOH:波数范围为1400~1200㎝-1,与其它峰相互干扰,应用受到限制。图2-32、图2-33、图2-34说明醇类和酚类化合物的特征吸收。

A.只有氢键态OH(净液体) B。兼有游离和氢键态OH(稀溶液) C。只有游离态OH(很稀溶液)1. νOH:

图2-19 OH伸缩区的红外光谱

表2-4 醇类和酚类的C-O和O-H伸缩振动 化合物 酚类 叔醇 仲醇 伯醇

C-O伸缩振动㎝

1220 1150 1100 1050

-1

O-H伸缩振动㎝

3610 3620 3630 3640

-1

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