红外原理及实例分析(7)

2019-08-01 23:36

红外光谱解析程序,没有固定的模式可循,各人根据自己的经验进行解析,但对于初学者来说可首先根据以下的程序来熟悉图谱解析的基本方法。

首先根据红外图谱的特征,把红外图谱分为特征区(4000~1333㎝-1)和指纹区(1333~400㎝-1)两大部分。

其次根据“先特征,后指纹,先最强峰,后次强峰;先粗查,后细找;先否定,后肯定;一抓一组相关峰的程序和原则进行图谱的解析。

“先特征,后指纹,先最强峰,后次强峰”是指先由特征区第一强峰入手,因为特征区峰疏,易于辨认。

“先粗查,后细找”指按上面强峰的峰位查找光谱的八大区域(表2-6)或相关图(表2-7),初步了解该峰的起源与归属,这一过程称为粗查。然后根据这种可能的起源与归属,细找按基团排列的“主要基团的红外特征吸收峰”(见附表),根据此表提供的相关峰的位置和数目与被解析的红外图谱查找核对,若找到所有相关峰了,此峰的归属便可基本确定。

“先否定,后肯定”因为吸收峰的不存在,对否定官能团的存在比吸收峰的存在对肯定一个官能团的存在要容易得多,根据也确凿得多。因此,在解析过程中,采取先否定的办法,以便逐步缩小未知物的范围。

总之是先识别特征区第一强峰的起源(由何种振动所引起)及可能的归属(属于什么基团),而后找出该基团所有或主要相关峰进一步确定或佐证第一强峰的归属。同样的方法解析特征区的第二强峰及相关峰,第三强峰及相关峰等等。有必要再解析指纹区的第一强峰、第二强峰及其相关峰。无论解析特征区还是指纹区的强峰都应掌握:“抓住”一个峰解析一组相关峰的方法,它们可以互为佐证,提高图谱解析的可信度,避免孤立解析造成结论的错误。简单的图谱,一般解析三、四组图谱即可解析完毕。但结果的最终确定,还需与标准图谱进行对照。初学者可能有对红外光谱中每一个峰进行解析的愿望,这是作不到的,也是没有必要的。

另外,注意比较相同基团或相近基团在不同结构中的红外光谱,应当说是利用红外光谱确定结构的基本出发点,这一点应当引起足够的注意。

在解析图谱时有时会遇到特征峰归属不清的问题,如化合物中含有若干个羰基(C=O)、碳碳双键(C=C)或芳环时,它们的吸收峰均出现在1850~1600㎝-1区间内,此时需通过其它辅助手段来区别, 如溶剂的影响,溶剂极性增加,极性的π→π*(C=O)跃迁的吸收向低频方向移动,而非极性的π→π*(C=C)跃迁的吸收不受影响。也可以利用化学手段进行一些官能团的归属及酯化、酰化、水解、还原等方法对化合物的结构进行辅助测定。

上述解析图谱程序只适用于较简单的光谱的解析,复杂化合物的光谱,由于各种官能团间的相互论要与标准光谱对照。

四、光谱解析实例

例1. 图2-45是含有C、H、O的有机化合物的红外光谱图,试问:

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图2-45 未知物红外光谱图 图2-46 某未知化合物的红外光谱

(1) 该化合物是脂肪族还是芳香族? (2) 是否为醇类?

(3) 是否为醛、酮、羧酸类? (4) 是否含有双键或三键? 解:(1)在3000㎝-1以上无νC-H的伸缩振动,在1600~1450㎝-1无芳环的骨架振动,所以不是芳香族化合物。2960~2930㎝-1是脂肪族化合物。

(2)在35003300区间无任何吸收,故此化合物不是醇类化合物。 (3)在1718㎝-1IR图谱有一 强吸收,示可能为醛、酮、羧酸类化合物。但在2830㎝-1和2730㎝-1处没有醛基C-H的特征吸收。故可否定是醛类化合物;又在3000㎝-1没有COOH伸缩振动的宽而强的吸收峰,故也可否定羧酸的存在。只能是酮类化合物。

(4)在1650(νC=C)及2200(νC≡C)没有明显的吸收,说明此化合物除C=O外,无叁键或双键。

1378㎝-1是甲基(-CH3)面内弯曲振动δCH引起的吸收峰,是-CH3的特征吸收峰。 综上所述该化合物应该是脂肪族的酮类。

例2.某化合物3000~1600㎝-1区间的红外光谱如图2-46,试判断是下述三个化合物中的哪一个?

(1)3300㎝-1为νC≡CHⅠ、Ⅲ无此峰。 (2)2160㎝-1为振动吸收峰。

(3)2900㎝-1、2800㎝-1为饱和νCH的伸缩振动吸收峰,否定Ⅰ。 (4)1620㎝-1为νC=C的振动引起,否定存在,故此化合物是Ⅱ。

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例3. 某无色或淡黄色有机液体,具有刺激性嗅味,沸点为145.5℃,分子式为C8H8,其红外光谱见图2-47,试进行光谱解析,判断该化合物的结构。

图2-47 C8H8的红外光谱

解: 1. Ω =

2?8?2?8 = 5(可能有苯环)

22. 特征区的第一强峰1500㎝-1。

粗查:按照此强峰的波数1500㎝-1查有关图表2-7,作垂线与芳烃的骨架振动νC=C线相交,可知,1500㎝-1是由苯环的νC=C伸缩振动引起的。由相关图可知取代苯环的相关峰有五种。

细找:按基团或类别查找表-芳烃类一栏,根据该表提供的峰数与数据,找到取代苯的五种相关峰。

① νΦΗ3090、3060、及3030㎝-1。

② 泛频峰 2000~1667㎝-1的峰表现为单取代峰形。 ③ νC=C(苯环的骨架振动):1600、1570、1500、及1450㎝-1(共轭环)。 ④ δΦ-Η1250~1000㎝-1,弱峰。

⑤ γΦ-Η780㎝-1及690㎝-1(双峰)苯环单取代峰形。 故可判定该化合物具有单取代苯基团。 3. 特征区第二强峰1630㎝-1

粗查:查八大区表2-6该峰起源于,查相关图(表2-7),作垂线与烯烃及芳烃相交。苯环已经确定,确定为烯烃,由相关图可知烯烃的相关振动类型有四种。

细找:查附表:烯烃类一栏,同样可以查到四种振动形式的波数位置。 ① ν=CH 3090、3060和3030㎝-1。 ② νC=C 630㎝-1。

③ δ=CH 1430~1260㎝-1出现中等强度峰。

④ γ=CH 990及905㎝-1 落在乙烯基单取代范围内。 第二强峰是由乙烯基单取代,未知物可能结构苯乙烯:

CHCH2

4. 查Sadtler光谱对照与81K苯乙烯的光谱完全一致。 例4.分子式为C8H8O的化合物的IR光谱见图2-48,沸点202℃,试通过解析光谱判断其结构。

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图2-48 C8H8O 的IR光谱 图2-49 C8H10的红外光谱

解:Ω =

2?8?2?8 = 5(可能有苯环)

2在3500~3000㎝-1无任何吸收(3400㎝-1附近吸收为水干扰峰)。证明分子中无OH。在1680与2730㎝-1无明显的吸收峰可否认醛的存在。1680㎝-1说明是酮且发生共轭。

300㎝-10以上的νΦ-Η及1600㎝-1、1580㎝-1、1450㎝-1等峰的出现,泛频区弱的吸收证明为芳香族化合物,而νΦ-Η的750㎝-1及690㎝-1出现提示为单取代苯。2960㎝-1、2920㎝-1及1360㎝-1出现提示有-CH3存在。

综上所述,结合分子式说明化合物只能是苯乙酮,结构式为:

OCCH3

经标准图谱核对,并对照沸点等数据,证明结论与事实完全符合。

例5.某无色透明的有机流体沸点为142.7℃,分子式为C8H10,其红外光谱见图2-49,试判断该化合物的结构。

解:Ω =

2?8?2?10 =4可能有苯环)

2在特征区最强峰1497同时还再现1602、1468强峰,在大于3000出现振动,泛频区弱峰,提示有苯环存在,同时在741出现单峰主要是有苯环的振动引起的,由附表可以查得它在苯取代物的邻双取代770730范围内,提示可能是邻双取代苯化合物。

从图谱观察,2957、2950、2930、2880、2860、及1468、1380分别是由和引起的是CH3存在

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的特征峰。再根据分子式比较,该化合物是邻二甲苯:

CH3CH3

与标准图谱核对,结论完全正确。

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