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1、答疑答疑随时随时3号学院楼号学院楼3102室室来前联系来前联系137618965201第第5章章 红外吸收光谱红外吸收光谱5.5 红外光谱仪及实验技术红外光谱仪及实验技术5.6 红外吸收光谱的应用红外吸收光谱的应用25.5 红外光谱仪及实验技术红外光谱仪及实验技术35.5.1 红外分光光度计红外分光光度计两种类型：色散型两种类型：色散型 干涉型（傅立叶变换红外光谱仪）干涉型（傅立叶变换红外光谱仪）41. 内部结构内部结构Nicolet公司的公司的AVATAR 360 FT-IR52. 傅立叶变换红外光谱仪结构框图傅立叶变换红外光谱仪结构框图干涉仪干涉仪光源光源样品室样品室检测器检测器显示器显示
2、器绘图仪绘图仪计算机计算机干涉图干涉图光谱图光谱图FTS63. 傅立叶变换红外光谱仪的原理与特点傅立叶变换红外光谱仪的原理与特点 光源发出的辐射经干涉仪转变为干涉光，通光源发出的辐射经干涉仪转变为干涉光，通过试样后，包含的光信息需要经过数学上的傅立过试样后，包含的光信息需要经过数学上的傅立叶变换解析成普通的谱图。叶变换解析成普通的谱图。特点特点：(1) 扫描速度极快扫描速度极快(1s)；适合仪器联用；适合仪器联用； (2)不需要分光，信号强，灵敏度很高；不需要分光，信号强，灵敏度很高； (3)仪器小巧。仪器小巧。7傅立叶变换红外光谱仪工作原理图傅立叶变换红外光谱仪工作原理图 8迈克尔干涉仪工作
3、原理图迈克尔干涉仪工作原理图 94. 色散型红外光谱仪主要部件色散型红外光谱仪主要部件(1) 光源光源 能斯特灯：氧化锆、氧化钇和氧化钍烧结制成能斯特灯：氧化锆、氧化钇和氧化钍烧结制成的中空或实心圆棒，直径的中空或实心圆棒，直径1-3 mm，长长20-50mm； 室温下，非导体，使用前预热到室温下，非导体，使用前预热到800 C； 特点：发光强度大；寿命特点：发光强度大；寿命0.5-1年；年； 硅碳棒：两端粗，中间细；直径硅碳棒：两端粗，中间细；直径5 mm，长长20-50mm；不需预热；两端需用水冷却；不需预热；两端需用水冷却；(2) 单色器单色器 光栅；傅立叶变换红外光谱仪不需要分光；光栅
4、；傅立叶变换红外光谱仪不需要分光；10(3) 检测器检测器 真空热电偶；不同导体构成回路时的温差电现象真空热电偶；不同导体构成回路时的温差电现象涂黑金箔接受红外辐射；涂黑金箔接受红外辐射； 傅立叶变换红外光谱仪采用热释电傅立叶变换红外光谱仪采用热释电(TGS)和碲镉和碲镉汞汞(MCT)检测器；检测器； TGS：硫酸三苷肽单晶为热检测元件；极化效应硫酸三苷肽单晶为热检测元件；极化效应与温度有关，温度高表面电荷减少与温度有关，温度高表面电荷减少(热释电热释电)； 响应速度快；高速扫描；响应速度快；高速扫描；115.5.2 样品的处理和实验技术样品的处理和实验技术1）气体）气体气体池气体池2）液体：
5、）液体：液膜法液膜法难挥发液体（难挥发液体（BP80 C）溶液法溶液法液体池液体池溶剂：溶剂： CCl4 ，CS2常用。常用。3) 固体固体:研糊法（液体石腊法）研糊法（液体石腊法）KBR压片法压片法薄膜法薄膜法125.6 红外吸收光谱的应用红外吸收光谱的应用135.6.1 红外光谱图解析步骤红外光谱图解析步骤 (1)确定分子式和计算不饱和度确定分子式和计算不饱和度; (2)解析前应了解尽可能多的信息解析前应了解尽可能多的信息;(3)确定所含的化学键或基团确定所含的化学键或基团 ;先观察官能团区，找出存在的官能团，再看指纹区。如先观察官能团区，找出存在的官能团，再看指纹区。如果是芳香族化合物，
6、应定出苯环取代位置，确定所含的果是芳香族化合物，应定出苯环取代位置，确定所含的化学键或基团化学键或基团. (4) 根据频率位移值考虑邻接基团及其连接方式根据频率位移值考虑邻接基团及其连接方式 ;根据官能团及化学合理性，列出几种可能的结构；根据官能团及化学合理性，列出几种可能的结构； (5) 与标准谱图对照分析与标准谱图对照分析;(6) 配合其它分析方法综合解析配合其它分析方法综合解析 .145.6.2 红外光谱的定性分析红外光谱的定性分析 1) 标准红外谱图的应用标准红外谱图的应用 最常见的红外光谱标准谱图有萨特勒（最常见的红外光谱标准谱图有萨特勒（Sadtler）标）标准红外光谱图库、准红外
7、光谱图库、Aldrich红外谱图库和红外谱图库和Sigma Fourier红外光谱图库红外光谱图库. “Alphabetical Index”(化合物名称索引化合物名称索引)“Chemical Classes Index” (化合物分类索引化合物分类索引)“Molecular Formula Index”（分子式索引）（分子式索引） 萨特勒（萨特勒（Sadtler）标准图库）标准图库,同时检索紫外、红同时检索紫外、红外外 、核磁氢谱和核磁碳谱的标准谱图、核磁氢谱和核磁碳谱的标准谱图.152) 已知化合物和官能团的结构鉴定已知化合物和官能团的结构鉴定 16波数（波数（cm-1 ）归属归属结构信息
8、结构信息3030芳环碳氢伸缩振动芳环碳氢伸缩振动（AR-H）AR-H2800-3000甲基伸缩振动甲基伸缩振动as（CH3）CH31718羰基伸缩振动羰基伸缩振动（C=O）酮酮C=O1686羰基伸缩振动羰基伸缩振动（C=O）酮酮Ar-C=O1600；1580;芳环骨架芳环骨架C=C伸缩振动伸缩振动（C=C）芳环芳环1360甲基对称变形振动甲基对称变形振动s（CH3） O=C-CH31260酮酮C-C伸缩振动伸缩振动（C-C）C-C750芳环碳氢变形伸缩振动芳环碳氢变形伸缩振动 （=C-H）芳环单取代特征芳环单取代特征700环变形振动环变形振动s（环）环） 173) 异构体的鉴别异构体的鉴别 1
9、819烯烃顺反异构体：烯烃顺反异构体：203.6.3 未知化合物结构分析未知化合物结构分析 例例1. 已知化合物分子式已知化合物分子式C11H22，根据根据IR谱图确定结构谱图确定结构.21解：解：1）不饱和度）不饱和度2）峰归属峰归属波数（波数（cm-1 ）归属归属结构信息结构信息3090不饱和碳氢伸缩振动不饱和碳氢伸缩振动（=C-H）C=C-H2960,2870饱和碳氢伸缩振动饱和碳氢伸缩振动（C-H）CH2,CH31639碳碳双键伸缩振动碳碳双键伸缩振动（C=C）C=C1465亚甲基变形振动亚甲基变形振动（CH2） CH21380甲基对称变形振动甲基对称变形振动s（CH3） CH3990
10、,910不饱和碳氢变形振动不饱和碳氢变形振动（=C-H）-CH=CH2720亚甲基变形振动亚甲基变形振动 （C-H）长碳链长碳链(4个以上个以上CH2) U=1-22/2+11=1分子式分子式: C11H22,22-（CH2）4-CH3CH2CH2CH2CH2 -CH=CH2 -CH=CH2剩余部分：剩余部分：-C5H11：确定支化度确定支化度3）官能团）官能团CH3CH24）可能的结构）可能的结构236）验证结构）验证结构5）确定结构）确定结构与正构烷烃比较与正构烷烃比较1460cm-1和和1380cm-1两峰的相对强度两峰的相对强度R+CH2CH2CH2CH2+ -CH=CH2 R:不饱和
11、度与计算结果相符；并与标准谱图对照证明结构正确。不饱和度与计算结果相符；并与标准谱图对照证明结构正确。 24例例2. 某化合物分子式某化合物分子式C8H7N，熔点为，熔点为29；试根；试根据如下红外谱图推测其结构。据如下红外谱图推测其结构。 25解：解：1）不饱和度）不饱和度2）峰归属峰归属 U=1-7/2+1/2+8=6分子式分子式: C8H7N,波数（波数（cm-1 ）归属归属结构信息结构信息3030苯环上苯环上=C-H伸缩振动，伸缩振动， （=C-H）C=C-H2920是是-CH2或或-CH3的的C-H非对称伸缩振动峰，此峰非对称伸缩振动峰，此峰很弱，可能是芳环上连的烃基。很弱，可能是芳
12、环上连的烃基。 （CH3）和和 （CH2）CH32217CN的特征吸收峰，的特征吸收峰， （C N）C N1607,1508芳环芳环C=C伸缩振动，伸缩振动，（C=C）苯环苯环1450芳环芳环C=C伸缩振动和伸缩振动和CH3的的C-H变形振动的迭合。变形振动的迭合。 1384CH3的的C-H对称变形振动对称变形振动 （CH3）。 CH3特征特征1170C-C伸缩振动吸收峰。伸缩振动吸收峰。 （C-C）817苯环上苯环上=C-H的面外变形振动。的面外变形振动。 苯环对位取代苯环对位取代263）官能团）官能团CH3CN苯环苯环4）确定结构）确定结构6）验证结构）验证结构不饱和度与计算结果相符；并与
13、标准谱图对照证明结构正确。不饱和度与计算结果相符；并与标准谱图对照证明结构正确。 27例例3某化合物分子式某化合物分子式C4H8O2，试根据如下红外光谱试根据如下红外光谱图，推测其结构。图，推测其结构。 28解：解：1）不饱和度）不饱和度2）峰归属峰归属 U=1-8/2+4=1分子式分子式: C4H8O2,波数（波数（cm-1 ）归属归属结构信息结构信息30002800cm-1 是是-CH2或或-CH3的的C-H伸缩振动峰，伸缩振动峰，（CH3）和和 （CH2）CH3, CH21740 cm-1 强峰强峰,CO伸缩振动峰伸缩振动峰, （C=O）酯酯C=O1460cm-1甲基不对称变形振动峰和甲
14、基不对称变形振动峰和CH2剪式振动的迭合。剪式振动的迭合。CH2,CH31380cm-1 CH3的的C-H对称变形振动，对称变形振动， （CH3）甲基特征。甲基特征。 CH31243cm-1 C-O-C不对称伸缩振动峰，不对称伸缩振动峰， as（C-O-C）酯的特征酯的特征1049cm-1 C-O-C对称伸缩振动峰。对称伸缩振动峰。 s（C-O-C） 酯的特征酯的特征291180cm-1 as（C-O-C）1240cm-1 1160cm-1 3）官能团）官能团CH3CH2C=OC-O4）可能的结构）可能的结构5）确定结构）确定结构30例例4某化合物分子式某化合物分子式C8H8，试根据如下红外光
15、谱图，试根据如下红外光谱图，推测其结构。推测其结构。 31解：解：1）不饱和度）不饱和度2）峰归属峰归属 U=1-8/2+8=5分子式分子式: C8H8,波数（波数（cm-1 ）归属归属结构信息结构信息31003000cm-1 苯环和双键苯环和双键(=C-H)伸缩振动，伸缩振动， （=C-H）=C-H, AR-H1630 cm-1 CC伸缩振动峰伸缩振动峰, （C=C）C=C1600 ,1580,1500,1450芳环芳环C=C伸缩振动，伸缩振动，（C=C）苯环苯环991,909不饱和碳氢变形振动不饱和碳氢变形振动（=C-H）-CH=CH2776,691 苯环上苯环上=C-H的面外变形振动和环
16、变形振动。的面外变形振动和环变形振动。 苯环单取代苯环单取代323）官能团）官能团-CH=CH2苯环苯环4）确定结构）确定结构33例例5某液体化合物分子式某液体化合物分子式C8H8O2，试根据其红外，试根据其红外光谱图，推测其结构。光谱图，推测其结构。 34不饱和度不饱和度U=1+8+1/2（0-8）=5可能含有苯环和含有可能含有苯环和含有CO、C=C或环。或环。谱峰归属谱峰归属（1）3068cm-13044cm-1苯环上苯环上=C-H伸缩振动，说明可能是芳香族化合物。伸缩振动，说明可能是芳香族化合物。（2）2943cm-1饱和碳氢饱和碳氢C-H伸缩振动。伸缩振动。（3）1765 cm-1C=
17、O伸缩振动吸收峰，波数较高，可能为苯酯（伸缩振动吸收峰，波数较高，可能为苯酯（=C-O-COR，1760 cm-1）。）。 （4）1594 cm-11493 cm-1芳环芳环C=C骨架伸缩振动。没有裂分，说明没有共轭基骨架伸缩振动。没有裂分，说明没有共轭基团与苯环直接相连。团与苯环直接相连。（5）1371 cm-1CH3的对称变形振动，波数低移，可能与羰基相连。的对称变形振动，波数低移，可能与羰基相连。（6）1194 cm-1C-O-C不对称伸缩振动，酯的特征。不对称伸缩振动，酯的特征。（7）1027 cm-1C-O-C对称伸缩振动。对称伸缩振动。（8）750cm-1692cm-1苯环上相邻苯
18、环上相邻5个个H原子原子=C-H的面外变形振动和环骨架变的面外变形振动和环骨架变形振动，苯环单取代的特征。形振动，苯环单取代的特征。推测结构推测结构结构验证结构验证其不饱和度与计算结果相符；并与标准谱图对照证明结构正确。解：解：35例例6. 化合物化合物C4H8O，根据如下根据如下IR谱图确定结构，谱图确定结构，并说明依据。并说明依据。 36解：解：1）不饱和度）不饱和度2）峰归属峰归属 U=1-8/2+4=1分子式分子式: C4H8O,波数（波数（cm-1 ）归属归属结构信息结构信息3336羟基伸缩振动，羟基伸缩振动， （O-H）OH3078 不饱和碳氢不饱和碳氢(=C-H)伸缩振动，伸缩振
19、动， （=C-H）=C-H2919,2866不饱和碳氢不饱和碳氢(C-H)伸缩振动，伸缩振动， （C-H)C-H1622CC伸缩振动峰伸缩振动峰, （C=C）C=C1450甲基不对称变形振动峰和甲基不对称变形振动峰和CH2剪式振动的迭合。剪式振动的迭合。CH2,CH31036C-O伸缩振动峰伸缩振动峰, （C-O）C-O896 不饱和碳氢变形振动不饱和碳氢变形振动（=C-H）C=CH237383）官能团）官能团C=CH2OH4）确定结构）确定结构CH3CH239例例7. 化合物化合物C4H8O，根据如下根据如下IR谱图确定结构，谱图确定结构，并说明依据。并说明依据。 40解：解：1）不饱和度）
20、不饱和度2）峰归属峰归属 U=1-8/2+4=1分子式分子式: C4H8O,波数（波数（cm-1 ）归属归属结构信息结构信息2981,29402883饱和碳氢饱和碳氢(C-H)伸缩振动，伸缩振动， （C-H)CH2,CH31716CO伸缩振动峰伸缩振动峰, （C=O）C=O1365甲基对称变形振动峰甲基对称变形振动峰 （CH3）O=C-CH31170C-C伸缩振动峰伸缩振动峰, （C-C）41423）官能团）官能团C=O4）确定结构）确定结构CH3CH243例例8. 某化合物某化合物C5H7O2N，根据如下，根据如下IR和和1 谱图推断其结构，并说明依据。谱图推断其结构，并说明依据。44解解:
21、不饱和度不饱和度: U=1+5+1/2（1-7）=3可能含有可能含有CO、CN。IR谱峰谱峰归属归属（1）2988cm-1，2938cm-1饱和饱和C-H伸缩振动；伸缩振动；（2）2266 cm-1氰基氰基CN伸缩振动特征峰；伸缩振动特征峰；（3）1749 cm-1C=O的特征吸收峰（酯羰基）；的特征吸收峰（酯羰基）；（4）1469cm-1，1373 cm-1饱和饱和C-H变形振动；变形振动；（5）1200cm-1，1029cm-1酯酯C-O-C伸缩振动。伸缩振动。NMR谱峰谱峰归属归属峰号峰号积分积分裂分峰数裂分峰数归属归属推断推断（a）1.333H三重峰三重峰CH33个氢，个氢，1个个CH3峰，三峰，与二个峰，三峰，与二个质子偶合，可能质子偶合，可能-CH2-CH3*。 （b）3.482H单峰单峰CH22个氢，单峰，个氢，单峰，CH2峰，峰，-CH2*- CN （c）4.272H四重峰四重峰CH22个氢，四重峰，和电负性基团相连个氢，四重峰，和电负性基团相连向低场位移，可能向低场位移，可能O- CH*2-CH3。可能结构可能结构确定结构确定结构O-CH2- CH3化学位移查表化学位移查表=4.024.39；O=C-CH2- CH3化学位移查表化学位移查表=2.4；故结构（；故结构（b）正确。）正确。45
