一般胺基在3500~3100cm-1区域内伯胺,伯酰胺显双峰,且两峰强度相近(伯胺)仲胺,仲酰胺只出现一个吸收峰,强度较弱叔胺,叔酰胺在该区域中不显峰一般,芳基仲胺及杂环仲胺(如吡咯、吲哚)的吸收 位于3450—3490cm-1区域中,且峰强度较大图3-9异丙胺的IR谱 • 峰1:双峰,υN-H不对称伸缩与对称伸缩,强度相近• 峰2: δN-H(剪式面内弯曲振动)~1600cm-1• 峰3: γN-H(面外弯曲振动)• 图3-10 丙酰胺的IR谱 • • 双峰 :相距较远υN-H• 羰峰:υC=O ~1670 cm-1 • 为了避免干扰,常通过化学反应,将胺变成铵盐, 然后测铵盐的IR谱方法:在惰性溶剂中通入干燥的 HCl气体,使胺生成氯化铵盐• 铵盐的IR谱特征:吸收峰位置向低波数一端移动, 且具有强的宽吸收带• 一般, 伯铵盐:3000—2500 cm-1 VS• 仲铵盐:2700—2500 cm-1 VS• 叔铵盐:2700—2500 cm-1 VS再根据1600—1500cm-1区的N-H弯曲振动吸收,则 可区分仲铵盐和叔铵盐(叔铵盐在该区无吸收)。
作为取代基时-NH2称氨基,作为官能团时称胺,N上带 正电荷时称铵;例如:CN3NH-甲氨基;CH3NH2甲胺; CH3N+H3Cl-氯化甲(基)铵羧酸中的OH基形成氢键能力强,一般以二聚存在:P49由 于形成氢键,使υO-H向低波数方向位移,在3200~ 2500cm-1区出现强而宽的峰游离羧酸(在气态样品或 非极性溶剂的稀溶液)的特征υO-H吸收:3500 cm-12、C-H伸缩振动区(3300—2700 cm-1)C-H的伸缩振动在3300—2700 cm-1出现,不同类型 化合物出现的吸收峰见表3-4υC-H 与碳原子的轨道杂化状态有关C杂化: SP3 → SP2 →SP,波数、强度增加波数,2960~2850, 3100~3000,~3300 强度,4.7×102, 5.1×102 , 5.9×1023、叁键和累积双键区(2400—2100cm-1)υC≡C和υ=C=的吸收位置见表3-5图3-11,丙腈CH3CHCN υC≡N: 2252CM-1; 如果CN与不饱和键或芳核共轭 ,υC≡N变为2240-2220; 一般, 共轭的υC≡N峰位要比非 共轭的低约30cm-1。
例如: 非共轭丙腈υC≡N: 2252 cm-1,共轭的对-甲基苯腈的υC≡N:2217 cm-14、羰基的伸缩振动区(1900—1650 cm-1 ) 羰基(CO)吸收最常出现的区域为1755-1670cm-1 由C=O的电偶极矩较大,常使它成为IR光谱中第一强峰 υC=O是判别有无C=O化合物的主要依据υC=O位置与相邻基团有关,具体峰位见表3-6羰基化合物的共振结构式如下:A结构(双键性强) B结构(单键性强) 具有共轭效应的化合物可使B结构稳定;当 α位 有吸电子的诱导效应时,有助于提高A结构趋势,吸收 峰移向高波数一端1685—1665 cm-1 1745—1725 cm-1 • 共轭,移向低波数 吸电子的Cl,移向高波数• 芳环上的取代基:推电子基使峰移向低波数,吸电 子基使峰移向高波数例如:• 酸酐、酯、羰酸中的C=O,由于取代基为吸电性,因 此υC=O吸收峰向高波数一端移动• 酸酐分子中两个C=O有两种振动方式:不对称偶合振 动(1820 cm-1);对称偶合振动(1750 cm-1)• 两峰出现在较高波数区,两峰相距约60 cm-1。
因两 峰部分重叠,故吸收带强而宽,且为双峰它是鉴别 酸酐的一个重要依据• 判别酸酐是否成环的依据:• 非环酸酐:高波数较低波数峰稍强• 成环酸酐:低波数较高波数峰强• 环状比非环状酸酐的频率大• 非环状、环状、共轭酸酐的υC=O见图3-12,P53• 酯:甲酸甲酯υC=O 1725~1720 cm-1,大多数饱和 酯υC=O 1735 cm-1附近,吸收很强当C=O与不饱和 键共轭时,吸收向低波数移动,但吸收强度几乎不 受影响• 如果酯的烷氧基中含有共轭双键,如:乙酸乙烯酯 见图3-13 (P53)则吸收峰向高波数方向移动• 羰基化合物形成的氢键,无论是分子内氢键还是分 子间氢键,其υC=O吸收峰移向低波数一端• 5、双键伸缩振动区(1690—1500cm-1)• 主要包括C=C,C=N,N=N,N=O等伸缩振动以及苯环 的骨架振动(υC=C)• 各类双键伸缩振动见表3-7,P56 • 一般情况下,υC=C比较弱,甚至观察不到分子 的几何对称性增大,吸收强度减弱,不对称性增强时, 吸收峰较强共轭作用将使υC=C吸收强度提高,同时由于共轭 降低了C=C键的力常数,因此也将引起吸收峰向低波 数方向位移。
一般共轭双烯υC=C有两个吸收峰,它们 分别出现在1600cm-1(特征峰)及1650cm-1,前者是鉴定 共轭双烯的特征峰若分子的对称性强,则只出现一 个峰(如图3-19的1600cm-1 )•单核芳环的υC=C吸收主要有四个,分别是1600cm-1(特 征),1580cm-1、1500cm-1(特征)和1450 cm-1,其中最 低波数1450cm-1的吸收峰常被取代基-CH3的弯曲或• 剪式振动所重叠1600 cm-1和1500 cm-1附近的这 两个峰是鉴别芳核存在的重要标志之一• 各种稠环芳烃的υC=C吸收位置的变化范围要宽一些 ,一般在1650—1600 cm-1和1525—1450 cm-1处出现 吸收峰• NO2有对称和不对称伸缩振动,对称的υN=O为1358— 1255 cm-1,不对称的υN=O为1655—1510 cm-1,这两个 峰非常强,很容易分辨• 脂肪族硝基化合物的这两个峰分别位于1560 cm-1和 1350 cm-1 ,其中不对称伸缩振动比对称的峰强芳香族硝基化合物的这两个峰分别位于1550~1510 cm-1(不对称)和1365~1335 cm-1(对称,强)处, 其对称伸缩振动较不对称的强,吸收峰位置受芳环上 取代影响。
• 在该区域(1690~1500 cm-1),除了各种类型的双键 伸缩振动外,还有胺的N-H弯曲振动(δN-H),应注意 鉴别• 6、X-H面内弯曲振动及X-Y伸缩振动区(1475~ 1000 cm-1) • 这个区域主要包括C-H面内弯曲振动,C-O,C-X( 卤素)等伸缩振动,以及C-C单键骨架振动等该区 域是指纹区的一部分详见表3-8, P59• 只要在化学结构上存在细小的差异(如同分异构) ,在指纹区就有明显的作用(这是由于各种振动之间 互相偶合的结果),就如同人的指纹一样,因此指纹 区对于鉴定化合物是非常有用的• 由于图谱复杂,振动形式很多,很难归属,其 主要作用在于表示整体分子的特征•含有甲基、亚甲基的化合物分别在δas1460, δs1380cm-1附近出现特征单峰,其强度随分子中甲基数目增多而增高当两个甲基或三个甲基与同一碳原子相连时,1380cm-1峰会发生分裂,出现双峰(见表3-8),这个现象称为异丙基分裂或叔丁基分裂图3-22:2,4—二甲基戊烷δCH3(峰1,双峰异丙基存在) : 1389—1381cm-1和 1372—1386cm-1处出现两个强度相等的峰。
1440cm-1处出现的强峰为δCH2(弯曲振动)• υc-c( P231) :1170cm-1,强度较弱• 图3-23:2,6—二叔丁基甲酚• 叔丁基裂分双峰:• δCH3:1401~1393cm-1和1374-1360cm-1低频峰比高 频峰强度大两倍• υC-C(峰1,双峰,P231,叔丁基):1255cm-1和1210cm-1,中等强度• υC-O引起很强的红外吸收,可以用来分辨醇RC-OH, 醚RC-O-CR和酯 RC-O-COR类化合物• υC-O吸收峰位置变化很大1300-1000cm-1,但υC-O常 是该区域最强峰,它是一个判断C-O存在的依据• 酯的υC-O吸收峰较恒定,是鉴别酯的重要数据各 类酯的υC-O值见P60-61在υC-O区域中还有胺的C-N键 伸缩振动,注意区分• 7、C-H面外弯曲振动区(1000~650cm-1, 在指纹区)• 烯烃及芳烃的C-H面外弯曲振动(γC-H)在1000- 650cm-1区,可用来鉴别烯烃及芳环上取代基的位置.烯 烃的γC-H见表3-9;取代苯的γC-H见表3-10• 判别苯环的取代类型主要看两部分:• (1)900~650cm-1的强峰;• (2) 2000~1660cm-1的γC-H和δC=C的倍频和组频弱峰。
取代苯在2000~1660cm-1区的吸收峰的变化见图3- 24,P61IR光谱的应用实例见P63-64,例1-3• 例1、例2文字叙述,自学• 例3:P64,图3-25• (1)因在1600cm-1和1500cm-1处无苯环骨架υC=C(P57) 所以不是芳族,是脂族化合物• (2)υC=C(P56 表3-7):1650cm-1;γC-H(面外弯曲) CH2 910cm-1,CH 990cm-1(两个强峰);•(所以含有 基(P61,表3-9)• • (3)由于1380cm-1(P59 表3-8)附近无吸收峰,所 以分子中不含有CH3基4)在3500~3300cm-1无强吸收,所以不含OH、 NH; 在1900~1650cm-1(P51)无强吸收,所以无C=O基到底是什么化合物,还得借助其它分析手段 §3.3-2 红外吸收光谱的解析• 1、谱图解析的方法• 对IR谱图解析,常用到直接法,肯定法和否定法 (上面例3)• (1)直接法:用已知物的标准品与被检品在相同条 件下进行对比测定。
• 无标准品对照,但有标准图谱时,也可与标谱对 照,但必须注意两者所用仪器及测定条件是否一致 ,否则会有细微差别• (2)否定法:当IR谱图中不出现某种吸收峰时, 就可否定某种基团的存在例如:在1900~1650cm-1 无强吸收峰,则可否定C=O基存在• (3)肯定法:用特征吸收峰,确定某种特征基团 的存在 例如:在1740cm-1附近有吸收峰,且有 1260~1050cm-1区域内出现两个强吸收峰,则可判定 有酯基实际中三者结合解析,且配合其它测试手段 • 2、谱图解析的步骤• 应该说无严格的步骤,但有一些解析原则• ⑴了解样品来源、纯度,一般要求>98%的纯样• ⑵与元素分析、质谱(可确定分子式和分子量)、 NMR.UV等以及样品的物理(mp、bp、折学率等)、化 学性质配合起来解析• ⑶寻找特征吸收峰:从高波数(特征区)向低波数 (指纹区)观察,注意峰的强度• ⑷推测可能的结构• ⑸查阅标准谱图集或用计算机检索标谱• a、萨特勒(Sadtler)IR光谱图集• 自1947年开始出版,每年增加纯化合物谱图约2000 张,由美国费城Sadtler实验室编制,是目前收集IR 光谱最多的图集。
• b、其它标准IR谱图资料ⅰ、API光谱图片:烃类,O、N、S衍生物金属有机 化合物等ⅱ、考勃伦茨(Coblentz)学会IR光谱图 集,收集谱图达40000张ⅲ、DMS周边缺口光谱卡片 :分别用英文和德文出版3、解析谱图注意事项• (1)对映异构体具有相同的光谱不能用IR谱鉴别 对映—手性)• (2) 注意杂质的干扰峰;处于对称位置的双键或叁 键伸缩振动往往无吸收峰• (3) 注意区别倍频、组频和叠加峰• (4) 样品中H2O引起的吸收峰可能出现~3350cm-1和 1640cm-1处• (5。