第三章 红外吸收光谱4

3.7红外光谱解析及应用一、红外谱图解析的基本步骤二、红外谱解析要点及注意事项三、红外光谱解析实例一、红外谱图解析的基本步骤：1.计算不饱和度2.官能团的确定(>1500cm-1)3.指纹区确定细节（1500～600cm-1）4.配合其他分析方法综合解析5.综合以上分析提出化合物的可能结构6.与标准谱图对照

基团区1700cm-1

附近羰基的吸收带（强，中等宽度）有芳香烃？无根据基团区其它吸收峰，推测是否为下列化合物？醇、酚、醚、胺等指纹区有的放矢地检查与基团有关的吸收带计算不饱和度根据基团区其它吸收峰，推测是否为下列化合物？酸、酯、醛、酰胺、酮芳香烃？谱图解析步骤2．未知物的结构测定(1).先观察是否存在C=O(1820~1660cm-1,s)(2).如果有C=O,确定下列状况.

羧酸是否存在O-H(3400~2400cm-1,宽峰,往往与C-H重叠)

酰胺是否存在N-H(3400cm-1附近有中等强度吸收;有时是同等强度的两个吸收峰

酯是否存在C-O(1300~1000cm-1有强吸收)

酸酐

1810和1760cm-1附近有两个强的C=O吸收

醛是否存在O=C-H(2850和2750附近有两个弱的吸收)

酮没有前面所提的吸收峰(3).如果没有C=O,确定下列状况.

醇、酚是否存在O-H(3400~3300cm-1,宽峰;1300~1000附近的C-O吸收)

胺是否存在N-H(3400cm-1附近有中等强度吸收;有时是同等强度的两个吸收

醚是否存在C-O(1300~1000cm-1有强吸收,并确认3400~3300cm-1附近是否有O-H吸收峰)(4).观察是否有C=C或芳环C=C:1650cm-1附近有弱的吸收

芳环:1600~1450cm-1范围内有几个中等或强吸收结合3100~3000cm-1的C-H伸缩振动,确定C=C或芳环.(5).观察是否有C≡C或C≡N

腈是否存在C≡N(2250cm-1附近有弱峰)

炔是否存在C≡C(2150cm-1附近有尖的弱峰;并在3300cm-1注意观察≡C-H吸收峰(6).观察是否有NO2

在1600~1530cm-1和1390~1300cm-1的出现两个N=O强吸收(7).碳氢化合物没有出现前面的任何吸收峰.

主要吸收峰是3000cm-1附近的C-H伸缩振动,谱图简单,并在1460和1375cm-1出现中等到弱的吸收2.官能团的确定(>1500cm-1)2）根据未知物的红外光谱，找出主要的强吸收峰，按照由简单到复杂的顺序，分五个区来分析：4000~2500cm-1:

X-H（X=C.N.O.S）的伸缩振动区2500~2000cm-1:三键和累积双键（-C≡C-,-C≡

N,-C=C=C-,-N=C=O,-N=C=S等）的伸缩振动区2000~1500cm-1:双键的伸缩振动区，如

C=C,C=O,N=C，N=O,苯环骨架等1500~1300cm-1:主要提供C-H弯曲振动的信息1300~400cm-1:

单键的伸缩振动、分子骨架振动、双键上C-H面外弯曲振动信息1.红外吸收谱的三要素（位置、强度、峰形）2.同一基团的几种振动的相关峰是同时存在的二、红外谱解析要点及注意事项先特征（峰），后指纹（峰）；先最强（峰），后次强（峰）；先否定（法），后肯定（法）；先粗查．后细找；抓住一组相关峰。解析图谱时的几点经验：

（1）查找基团时，先否定，以逐步缩小范围（2）在解析特征吸收峰时，要注意其它基团吸收峰的干扰（3350和1640cm-1处出现的吸收峰可能为样品中水的吸收）（3）吸收峰往往不可能全部解析，特别是指纹区（4）掌握主要基团的特征吸收：掌握特征吸收频率的四个波段。特殊：3000cm-1是个界，不饱和CH﹥3000，饱和CH﹤3000；孤立叁键、双键；羰基；苯环C=C1650~14502~4个中强吸收峰。利用指纹区判断单、双、三取代等

解析完后，进行验证，不饱和度与计算值是否相符，性质与文献值是否一致，与标准图谱进行验证谱图对照应注意：所用的仪器在分辨率和精确度一致；测定的条件一致；杂质引进的吸收带应仅可能避免。三、红外光谱解析实例C8H16例一：未知物分子式为C8H16，其红外图谱如下图所示，试推其结构。解：由其分子式可计算出该化合物不饱和度为1，即该化合物具有一个烯基或一个环。3079cm-1处有吸收峰，说明存在与不饱和碳相连的氢，因此该化合物肯定为烯，在1642cm-1处还有C=C伸缩振动吸收，更进一步证实了烯基的存在。910、993cm-1处的C-H弯曲振动吸收说明该化合物有端乙烯基，1823cm-1的吸收是910吸收的倍频。从2928、1462cm-1的较强吸收及2951、1379cm-1的较弱吸收知未知物CH2多，CH3少。综上可知，未知物（主体）为正构端取代乙烯，即1-辛稀。

某化合物IR谱图如下，请判断该化合物的正确结构。答案：2T%400036002800200018001600140012001000800600400(cm-1)3360297014761395知物分子式为C3H6O，其红外图如下图所示，试推其结构。分子式为C3H6O1.由其分子式可计算出该化合物不饱和度为1。2.以3084、3014、1647、993、919cm-1等处的吸收峰，可判断出该化合物具有端取代乙烯。3.因分子式含氧，在3338cm-1处又有吸收强、峰形圆而钝的谱带。因此该未知化合物必为－－醇类化合物。再结合1028cm-1的吸收，知其为伯醇。综合上述信息，未知物结构为：CH2=CH-CH2-OH。例三：未知物分子式为C12H24O2，其红外图如下图所示，试推其结构。1.Ω＝12.1703cm-1处的强吸收知该化合物含羰基，与一个不饱和度相符。3.2920、2851cm-1处的吸收很强而2956、2866cm-1处的吸收很弱，这说明CH2的数目远多于CH3的数目，723cm-1的显著吸收所证实，说明未知物很可能具有一个正构的长碳链。4.2956、2851cm-1的吸收是叠加在另一个宽峰之上的，从其底部加宽可明显地看到这点。从分子式含两个氧知此宽峰来自－OH,很强的波数位移说明有很强的氢键缔合作用。结合1703cm-1的羰基吸收，可推测未知物含羧酸官能团。940、1305、1412cm-1等处的吸收进一步说明羧酸官能团的存在。综上所述，未知物结构为：CH3－（CH2）10－COOH例四：未知物分子式为C6H8N2，其红外图如下图所示，试推其结构。芳香胺：分子式为C6H6N21.Ω＝42.可能有苯环，此推测由3031、1593、1502的吸收峰所证实，由750cm-1的吸收知该化合物含邻位取代苯环。3.3285、3193cm-1的吸收是很特征的伯胺吸收。（对称伸缩振动和反对称伸缩振动）

3387、3366cm-1

：NH2的伸缩振动；

1624cm-1

：NH2弯曲振动；

1274cm-1

：C-N伸缩振动；综合上述信息及分子式，可知该化合物为：邻苯二胺图谱解析实例例1某化合物，测得分子式为C8H8O，其红外光谱如下图所示，试推测其结构式。C8H8O红外光谱图波谱解析

不饱和度为5，可能含有苯环；

3030cm-1为Ar-H伸缩振动；1600，1585cm-1为C=C伸缩振动；740，690cm-1提示该化合物可能为单取代苯衍生物；

1690为羰基吸收(但不是醛)；分子结构可能为

解：特征区最强峰1687cm-1为C＝O的伸缩振动，因分子式中只含一个氧原子。不可能是酸或酯，只能是醛或酮。1600cm-1、1580cm-1、1450cm-1三个峰是苯环的骨架振动；3000cm-1附近的数个弱峰是苯环及CH3的C-H伸缩振动；指纹区760cm-1、692cm-1两个吸收峰结合2000－1667cm-1的一组泛频蜂说明为单取代苯。l363cm－1和1430cm－1的吸收峰为甲基的C－H弯曲振动。单取代苯衍生物C=C-H伸缩振动C=C伸缩振动分子式为C8H8不饱和度为5端烯烃其可能结构为:分子式为C4H10O①②③④

计算出其不饱和度为0①3350cm-1缔合羟基的伸缩振动；②饱和碳原子的C-H伸缩振动；③1380cm-1双峰为叔氢的弯曲振动；④一级醇的C-O伸缩振动

推测化合物结构为：29一、指出下列红外光谱图中的官能团。

注意：仅仅根据红外光谱只能获得分子中可能存在的官能团的特征吸收而无法最终确定分子结构。

-C≡C-H-C≡C-H-C≡C-H<3000cm-1-Csp3-H-Csp3-H面内弯曲该化合物应为长碳链的脂肪端炔。30-O-H伸缩振动-C-O伸缩振动<3000cm-1-Csp3-H分子中含有-OH-Csp3-H面内弯曲分子中有叔丁基该化合物应为含有叔丁基结构的脂肪醇。例2已知化合物分子式是C9H7NO，其红外光谱如图所示，推测其结构式。解：峰归属如下：例3解:例4化合物分子式为C7H9N，试推测化合物结构。例3解:例4化合物分子式为C7H9N，试推测化合物结构。例2某化合物C8H8谱图如下，推其结构。解：1）

Un=8+1-8/2=5。

2）峰归属。

3）可能的结构：400030002500200015001300110010009008007006500204060803100-30001630150014501580990910770700例2某化合物C8H8谱图如下，推其结构。解：1）

Un=8+1-8/2=5。

2）峰归属。

3）可能的结构：400030002500200015001300110010009008007006500204060803100-30001630150014501580990910770700*解：1）u=1-8/2+4=12）峰归属3）可能的结构2.推测C4H8O2的结构例2．某化合物分子式C4H8O2，试根据如下红外光谱图，推测其结构。

例2解：1）不饱和度2）峰归属

U=1-8/2+4=1分子式:C4H8O2,波数（cm-1

）归属结构信息3000～2800cm-1

是-CH2或-CH3的C-H伸缩振动峰，ν（CH3）和ν（CH2）CH3,CH21740cm-1

强峰,C＝O伸缩振动峰,ν（C=O）酯C=O1460cm-1甲基不对称变形振动峰和CH2剪式振动的迭合。CH2,CH31380cm-1

CH3的C-H对称变形振动，δ（CH3）甲基特征。

CH31249cm-1

C-O-C不对称伸缩振动峰，

νas（C-O-C）酯的特征1049cm-1

C-O-C对称伸缩振动峰。νs（C-O-C）

酯的特征*解：1）u

=1-8/2+8=52）峰归属3）可能的结构

3.推测C8H8纯液体例3．某化合物分子式C8H8，试根据如下红外光谱图，推测其结构。

*4.C8H7N，确定结构解：1）u

=1+（1-7）/2+8=62）峰归属3）可能的结构例3解：1）不饱和度2）峰归属

U=1-8/2+8=5分子式:C8H8,波数（cm-1

）归属结构信息3100～3000cm-1

苯环和双键(=C-H)伸缩振动，ν（=C-H）=C-H,Ar-H1630cm-1

C＝C伸缩振动峰,ν（C=C）C=C1600,1580,1500,1450芳环C=C伸缩振动，ν（C=C）苯环990,910不饱和碳氢变形振动δ（=C-H）-CH=CH2770,700

苯环上=C-H的面外变形振动和环变形振动。

苯环单取代例1.某化合物分子式C8H7N，熔点为29℃；试根据如下红外谱图推测其结构。

例1解：1）不饱和度2）峰归属

U=1+8+(1-7)/2=6分子式:C8H7N,波数（cm-1

）归属结构信息3030苯环上=C-H伸缩振动，ν（=C-H）C=C-H～2920是-CH2或-CH3的C-H非对称伸缩振动峰，此峰很弱，可能是芳环上连的烃基。

ν（CH3）和ν（CH2）CH32217CN的特征吸收峰，ν（C≣N）C≣N1607,1508芳环C=C伸缩振动，ν（C=C）苯环1450芳环C=C伸缩振动和CH3的C-H变形振动的迭合。

1384CH3的C-H对称变形振动δ（CH3）。

CH3特征1170C-C伸缩振动吸收峰。

ν（C-C）817苯环上=C-H的面外变形振动。

苯环对位取代*5.谱图解析

(1)两种酮羰基，苯共轭C＝O：1680cm-1，甲基酮型C＝O：1718cm-1(2)苯环C–H：3080cm-1，苯环骨架振动：1600cm-1，1580cm-1，苯环骨架伸缩振动：1450cm-1；苯环单取代的两个特征峰：750cm-1，700cm-1。(3)饱和碳氢吸收：2962cm-1，～2873cm-1，强度低；CH3非对称变形在1420cm-1，对称变形振动：1360cm-1（甲基酮特征）。*6.推测化合物C8H8O的结构谱图解析：1）u

=n4+1+（n3-n1）/2=8+1-8/2=52）峰归属3）可能的结构

*解析过程：C8H8O

u=5可能结构：*7.推测化合物C8H8O的结构谱图解析：1）u

=n4+（n3-n1）/2+1=8+1-8/2=52）峰归属3）可能的结构

*解析过程：C8H8Ou=5可能结构：*8.推测化合物C8H8O2的结构解：1）u

=52）峰归属3）可能的结构

*解析过程：C8H8O2，u

=5可能结构：例4．某液体化合物分子式C8H8O2，试根据其红外光谱图，推测其结构。

不饱和度U=1+8+1/2（0-8）=5可能含有苯环和含有C＝O、C=C或环。谱峰归属（1）3068cm-13044cm-1苯环上=C-H伸缩振动，说明可能是芳香族化合物。（2）2943cm-1饱和碳氢C-H伸缩振动。（3）1765cm-1C=O伸缩振动吸收峰，波数较高，可能为苯酯（=C-O-COR，～1760cm-1）。（4）1594cm-11493cm-1芳环C=C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。（5）1371cm-1CH3的对称变形振动，波数低移，可能与羰基相连。（6）1194cm-1C-O-C不对称伸缩振动，酯的特征。（7）1027cm-1C-O-C对称伸缩振动。（8）750cm-17692cm-1苯环上相邻5个H原子=C-H的面外变形振动和环骨架变形振动，苯环单取代的特征。推测结构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。例4解：*9.化合物C6H12的结构确定解：1）u

=12）峰归属3）可能的结构*可能结构：b*10.化合物C8H7N的结构确定解：1）u

=1+（1-7）/2+8=62）峰归属3）可能的结构*可能结构：*11.化合物C3H7NO的结构确定解：1）u

=12）峰归属3）可能的结构*可能结构：3294cm-1,1655cm-1，1563cm-1三个峰是仲酰胺的特征。羰基倍频：1655cm-1×2=3310cm-1使N－H伸缩振动峰加高。

例5.化合物C4H8O，根据如下IR谱图确定结构，并说明依据。

例5解：1）不饱和度2）峰归属

U=1-8/2+4=1分子式:C4H8O,波数（cm-1

）归属结构信息3336羟基伸缩振动，ν（O-H）OH3078

不饱和碳氢(=C-H)伸缩振动，ν（=C-H）=C-H2919,2866不饱和碳氢(C-H)伸缩振动，ν（C-H)C-H1622C＝C伸缩振动峰,ν（C=C）C=C1450甲基不对称变形振动峰和CH2剪式振动的迭合。CH2,CH31036C-O伸缩振动峰,ν（C-O）C-O896

不饱和碳氢变形振动δ（=C-H）>C=CH2例6.化合物C4H8O，根据如下IR谱图确定结构，并说明依据。

例6解：1）不饱和度2）峰归属

U=1-8/2+4=1分子式:C4H8O,波数（cm-1

）归属结构信息2981,29402883饱和碳氢(C-H)伸缩振动，ν（C-H)CH2,CH31716C＝O伸缩振动峰,ν（C=O）C=O1365甲基对称变形振动峰δ（CH3）O=C-CH31170C-C伸缩振动峰,ν（C-C）10.4.3标准红外谱图库简介*1.萨特勒（Sadtler）标准红外光谱图库。2.应用最多，七万多张的红外谱图，每年增补。该谱图集有多种检索方法，例如分子式索引、化合物名称索引、化合物分类索引和相对分子质量索引等。3.

Aldrich红外谱图库。4.SigmaFourier红外光谱图库。5.一些仪器厂商开发的联机检索谱图库。10.4.4红外光谱的定量分析*

通过对特征吸收谱带强度的测量来求出组份含量。理论依据为朗伯-比尔定律

A=-lg(I/I0)=lg(1/T)=κ•c

•l特点：（1）红外光谱的谱带较多，选择的余地大，能方便地对单一组分和多组分进行定量分析。（2）不受试样状态的限制，能定量测定气体、液体和固体试样，测溶液普遍。（3）但红外光谱法定量灵敏度较低，尚不适用于微量组分的测定。选择吸收带的原则：*1.一般选组分的特征吸收峰，并且该峰应该是一个不受干扰和其他峰不相重叠的孤立的峰。例如：分析酸、酯、醛、酮时，应该选择与羰基（C=O）振动有关的特征吸收带。2.所选择的吸收带的吸收强度应与被测物质的浓度有线性关系。3.若所选的特征峰附近有干扰峰时，也可以另选一个其他的峰，但此峰必须是浓度变化时其强度变化灵敏的峰，这样定量分析误差较小。定量方法：*（1）一点法：不考虑背景吸收，直接从谱图中读取选定波数的透过率。（2）基线法：用基线来表示该吸收峰不存在时的背景吸收。

当采用KBr压片法、研糊法和液膜法进行定量分析时，由于试样的厚度难以精确控制，此时可采用内标法进行定量分析。例1：化合物的分子式为C6H14，IR光谱图如下如下，试推断其可能的分子结构结构。

7731378146128742926

29562963饱和-CH3、CH2对称与反对称伸缩振动

亚甲基弯曲振动

甲基弯曲振动

乙基—CH2的平面摇摆振动

不存在vC-C=1770±5cm-1(s)1175~1140cm-1(s)

双峰强度相近n≥4722cm-1U=1+6+(0-14)/2=0例2：化合物的分子式为C8H14，IR光谱图如下如下，试推断其可能的分子结构结构。

U=1+8+(0-14)/2=2末端炔≡C-H伸缩振动3300cm-1

末端炔≡C-H面外变形振动625cm-1

C≡C伸缩振动2100cm-1

-CH3面外变形振动

1370cm-1n≥4720cm-1-CH2-面外变形振动

1470cm-1饱和与不饱和CH伸缩振动辛炔-1例3：化合物的分子式为C3H6O，IR光谱图如下如下，试推断其可能的分子结构结构。U=192199510281424164618482866

2914298530863329末端亚甲基弯曲振动Vc-oVC=COH伸缩振动甲基变形振动921的倍频饱和与不饱和-CH3、CH2对称与反对称伸缩振动例4：化合物的分子式为C8H8O，IR光谱图如下如下，试推断其可能的分子结构结构。U=5单取代苯甲基酮69176112651360144615951685292430053062苯环VC=C甲基弯曲振动甲基酮的特征C=0共轭酮饱和与不饱和-CH