小技巧輕鬆解析紅外光譜圖,後悔沒早知道

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紅外光譜法Infrared Spectrometry，IR

譜圖解析基本知識

1、基團頻率區

中紅外光譜區可分成4000cm-1~1300（1800）cm-1和1800（1300）cm-1~600cm-1兩個區域。最有分析價值的基團頻率在4000cm-1~1300cm-1之間，這一區域稱為基團頻率區、官能團區或特徵區。區內的峰是由伸縮振動產生的吸收帶，比較稀疏，容易辨認，常用於鑑定官能團。

在1800cm-1（1300cm-1）~600cm-1區域內，除單鍵的伸縮振動外，還有因變形振動產生的譜帶。這種振動基團頻率和特徵吸收峰與整個分子的結構有關。當分子結構稍有不同時，該區的吸收就有細微的差異，並顯示出分子特徵。這種情況就像人的指紋一樣，因此稱為指紋區。指紋區對於指認結構類似的化合物很有幫助，而且可以作為化合物存在某種基團的旁證。

基團頻率區可分為三個區域：

（1）4000~2500cm-1X-H伸縮振動區，X可以是O、N、C或S等原子。

O-H基的伸縮振動出現在3650~3200cm-1範圍內，它可以作為判斷有無醇類、酚類和有機酸類的重要依據。

當醇和酚溶於非極性溶劑（如CCl4），濃度於0.01mol.dm-3時，在3650~3580cm-1處出現游離O-H基的伸縮振動吸收，峰形尖銳，且沒有其它吸收峰幹擾，易於識別。當試樣濃度增加時，羥基化合物產生締合現象，O-H基的伸縮振動吸收峰向低波數方向位移，在3400~3200cm-1出現一個寬而強的吸收峰。

胺和醯胺的N-H伸縮振動也出現在3500~3100cm-1，因此，可能會對O-H伸縮振動有幹擾。

C-H的伸縮振動可分為飽和和不飽和的兩種：

飽和的C-H伸縮振動出現在3000cm-1以下，約3000~2800cm-1，取代基對它們影響很小。

如-CH3基的伸縮吸收出現在2960cm-1和2876cm-1附近；

R2CH2基的吸收在2930cm-1和2850cm-1附近；

R3CH基的吸收基出現在2890cm-1附近，但強度很弱。

不飽和的C-H伸縮振動出現在3000cm-1以上，以此來判別化合物中是否含有不飽和的C-H鍵。

苯環的C-H鍵伸縮振動出現在3030cm-1附近，它的特徵是強度比飽和的C-H漿鍵稍弱，但譜帶比較尖銳。

不飽和的雙鍵=C-H的吸收出現在3010~3040cm-1範圍內，末端=CH2的吸收出現在3085cm-1附近。叄鍵C-H上的C-H伸縮振動出現在更高的區域（3300cm-1）附近。

（2）2500~1900cm-1為叄鍵和累積雙鍵區，主要包括-C≡C、-C≡N等叄鍵的伸縮振動，以及-C=C=C、-C=C=O等累積雙鍵的不對稱性伸縮振動。

對於炔烴類化合物，可以分成R-C≡CH和R￠-C≡C-R兩種類型：

R-C≡CH的伸縮振動出現在2100~2140cm-1附近；

R￠-C≡C-R出現在2190~2260cm-1附近；

R-C≡C-R分子是對稱，則為非紅外活性。

-C≡N基的伸縮振動在非共軛的情況下出現2240~2260cm-1附近。

當與不飽和鍵或芳香核共軛時，該峰位移到2220~2230cm-1附近。

若分子中含有C、H、N原子，-C≡N基吸收比較強而尖銳。若分子中含有O原子，且O原子離-C≡N基越近，-C≡N基的吸收越弱，甚至觀察不到。

（3）1900~1200cm-1為雙鍵伸縮振動區，該區域重要包括三種伸縮振動：

C=O伸縮振動出現在1900~1650cm-1，是紅外光譜中特徵的且往往是明顯的吸收，以此很容易判斷酮類、醛類、酸類、酯類以及酸酐等有機化合物。

酸酐的羰基吸收帶由于振動耦合而呈現雙峰。

苯的衍生物的泛頻譜帶，出現在2000~1650cm-1範圍，是C-H面外和C=C面內變形振動的泛頻吸收，雖然強度很弱，但它們的吸收面貌在表徵芳核取代類型上有一定的作用。

2、指紋區

（a）1800（1300）cm-1~900cm-1區域是C-O、C-N、C-F、C-P、C-S、P-O、Si-O等單鍵的伸縮振動和C=S、S=O、P=O等雙鍵的伸縮振動吸收。

其中：1375cm-1的譜帶為甲基的C-H對稱彎曲振動，對識別甲基十分有用，C-O的伸縮振動在1300~1000cm-1，是該區域明顯的峰，也較易識別。

（b）900~650cm-1區域的某些吸收峰可用來確認化合物的順反構型。利用上區域中苯環的C-H面外變形振動吸收峰和2000~1667cm-1區域苯的倍頻或組合頻吸收峰，可以共同配合確定苯環的取代類型。

譜圖分析的順口溜

（1）外可分遠中近，中紅特徵指紋區，1300來分界，注意橫軸劃分異。看圖要知紅外儀，弄清物態液固氣，樣品來源制樣法，物化性能多聯繫。識圖先學飽和烴，三千以下看峰形。

（2）2960、2870是甲基，2930、2850亞甲基峰。1470碳氫彎，1380甲基顯。二個甲基同一碳，1380分二半。面內搖擺720，長鏈亞甲基亦可辨。

（3）烯氫伸展過三千，排除倍頻和滷烷。末端烯烴此峰強，只有一氫不明顯。

（4）化合物，又鍵偏，～1650會出現。烯氫面外易變形，1000以下有強峰。910端基氫，再有一氫990。順式二氫690，反式移至970；單氫出峰820，幹擾順式難確定。

（5）炔氫伸展三千三，峰強很大峰形尖。三鍵伸展二千二，炔氫搖擺六百八。

（6）芳烴呼吸很特徵，1600～1430，1650～2000泛峰，取代方式區分明。900～650，面外彎曲定芳氫。五氫吸收有兩峰，700和750，四氫只有750，二氫相鄰830，間二取代出三峰，700、780，880處孤立氫。

（7）醇酚羥基易締合，三千三處有強峰。C-O伸展吸收大，伯仲叔醇位不同。1050伯醇顯，1100乃是仲，1150叔醇在，1230才是酚。

（8）1110醚鏈伸，注意排除酯酸醇。若與π鍵緊相連，二個吸收要看準，1050對稱峰，1250對稱。

（9）苯環若有甲氧基，碳氫伸展2820。次甲基二氧連苯環，930處有強峰。

（10）環氧乙烷有三峰，1260環振動，九百上下反對稱，八百左右最特徵。

（11）縮醛酮，特殊醚，1110非縮酮。酸酐也有C－O鍵，開鏈環酐有區別，開鏈強寬一千一，環酐移至1250。

（12）羰基伸展一千七，2720定醛基。吸電效應波數高，共軛則向低頻移。張力促使振動快，環外雙鍵可類比。

（13）二千五到三千三，羧酸氫鍵峰形寬，920，鈍峰顯，羧基可定二聚酸。

（14）酸酐千八來偶合，雙峰60嚴相隔，鏈狀酸酐高頻強，環狀酸酐高頻弱。

（15）羧酸鹽，偶合生，羰基伸縮出雙峰，1600反對稱，1400對稱峰。

（16）1740酯羰基，何酸可看碳氧展。1180甲酸酯，1190是丙酸，1220乙酸酯，1250芳香酸。1600兔耳峰，常為鄰苯二甲酸。

（17）氮氫伸展三千四，每氫一峰很分明。羰基伸展醯胺I，1660有強峰；N－H變形醯胺II，1600分伯仲。伯胺頻高易重疊，仲醯固態1550；碳氮伸展醯胺III，1400強峰顯。

（18）胺尖常有幹擾見，N-H伸展三千三，叔胺無峰仲胺單，伯胺雙峰小而尖。1600碳氫彎，芳香仲胺千五偏。八百左右面內搖，確定變成鹽。

（19）伸展彎曲互相近，伯胺鹽三千強峰寬，仲胺鹽、叔胺鹽，2700上下可分辨，亞胺鹽，更可憐，2000左右才可見。

（20）硝基伸縮吸收大，相連基團可弄清。1350、1500，分為對稱反對稱。

（21）胺基酸，成內鹽，3100～2100峰形寬。1600、1400酸根展，1630、1510碳氫彎。鹽酸鹽，羧基顯，鈉鹽蛋白三千三。

（22）礦物組成雜而亂，振動光譜遠紅端。純鹽類，較簡單，吸收峰，少而寬。

（23）注意羥基水和銨，先記幾種普通鹽。1100是硫酸根，1380硝酸鹽，1450碳酸根，一千左右看磷酸。矽酸鹽，一峰寬，1000真壯觀。

紅外光譜分析步驟

（1）首先依據譜圖推出化合物碳架類型：根據分子式計算不飽和度，

公式：不飽和度＝（2C+2-H-Cl+N）/2 其中：Cl為滷素原子

例如：比如苯：C6H6，不飽和度=（2*6+2-6）/2=4，3個雙鍵加一個環，正好為4個不飽和度；

（2）分析3300~2800cm-1區域C-H伸縮振動吸收；

以3000cm-1為界：高於3000cm-1為不飽和碳C-H伸縮振動吸收，有可能為烯，炔，芳香化合物，而低於3000cm-1一般為飽和C-H伸縮振動吸收；

（3）若在稍高於3000cm-1有吸收，則應在2250~1450cm-1頻區，分析不飽和碳碳鍵的伸縮振動吸收特徵峰，其中：

炔2200~2100cm-1

烯1680~1640cm-1

芳環1600，1580，1500，1450cm-1泛峰

若已確定為烯或芳香化合物，則應進一步解析指紋區，即1000~650cm-1的頻區，以確定取代基個數和位置（順、反；鄰、間、對）；

（4）碳骨架類型確定後，再依據其他官能團，如C=O，O-H，C-N等特徵吸收來判定化合物的官能團；

（5）解析時應注意把描述各官能團的相關峰聯繫起來，以準確判定官能團的存在，如2820，2720和1750~1700cm-1的三個峰，說明醛基的存在。

以下以5個實例說明IR譜圖解析方法。

例1某未知物的分子式為C12H24，試從其紅外吸收光譜圖(圖1)推出它的結構。

圖1未知物C12H24紅外光譜圖

解：

(1)由分子式計算其不飽和度：，該化合物具有一個雙鍵或一個環。

(2)譜圖解析

由譜圖可看到在1900～1650cm-1無vC=O的強吸收峰，在1300～1000cm-1也無一個vas,C-C-C的弱吸收峰，分子式中無氧，可初步判定此化合物不是羧酸、酸酐、酯、醯胺、醛和酮。

在3700～3000cm-1無寬的vO-H或vN-N吸收峰，表明其不是醇、酚、胺類化合物；在1250～1100cm-1無vC-O吸收峰，分子式中無氧，表明其也不是醚類化合物。

按波數自高至低的順序，對吸收峰進行解析。首先由3075cm-1出現小的肩峰說明存在烯烴vC-H伸縮振動，在1640cm-1還出現強度較弱的vC=C伸縮振動，由以上兩點表明此化合物為一烯烴。

在3000～2800cm-1的吸收峰表明有-CH3、-CH2-存在，在2960cm-1、2920cm-1、2870cm-1、2850cm-1的強吸收峰表明存在-CH3和-CH2-的vC-H(as)、vC-H(s)，且-CH2-的數目大於-CH3的數目，從而推斷此化合物為一直鏈烯烴。在715 cm-1出現的小峰，顯示-CH2-的面內搖擺振動δ-CH2-，也表明長碳鏈的存在。

在980cm-1、915cm-1的稍弱吸收峰為次甲基和亞甲基產生的面外彎曲振動γC-H。

在1460cm-1吸收峰為-CH3、-CH2-的不對稱剪式振動δC-H(as) ；1375cm-1為-CH3的對稱剪式振動δC-H(s)，其強度很弱，表明-CH3的數目很少。

由以上解析可確定此化合物為1-十二烯。

例2某未知物分子式為C4H10O，試從其紅外吸收光譜圖(圖2)推斷其分子結構。

圖2未知物C4H10O的紅外光譜圖

解：

(1)由分子式計算它的不飽和度：，表明其為飽和化合物。

(2)譜圖解析

由譜圖可看到1900～1650cm-1無vC=O的強吸收峰，在1300～1000cm-1無vas,C-C-C的弱吸收峰，但有強吸收峰，可初步判定此化合物不是羧酸、酸酐、酯、醯胺、醛和酮。

在3500～3100cm-1未出現vN-H的中強度雙峰，表明無銨存在；但在3350cm-1出現強吸收的寬峰表明存在vO-H伸縮振動，其已移向低波數表明存在醇的分子締合現象。

在2960cm-1、2920cm-1、2870cm-1吸收峰，表明存在-CH3、-CH2-的伸縮振動vC-H。

1460cm-1吸收峰，表明存在-CH3、-CH2-的不對稱剪式振動δC-H(as)。

1380cm-1、1370cm-1的等強度雙峰，表明存在C-H的面內彎曲振動δC-H，其為異丙基分裂現象。

1300～1000cm-1的一系列吸收峰表明存在C-O的伸縮振動vC-O，即有一級醇-OH存在。

由以上解析可確定此化合物為飽和的一級醇，存在異丙基分裂。可確定其為異丁醇。

例3分子式為C8H8O的未知物，沸點為220℃，由其紅外吸收光譜圖（圖3）判斷其結構。

圖3未知物C8H8O的紅外光譜圖

解：

(1)從分子式計算不飽和度：，估計其含有苯環和雙鍵(或環烷烴)。

(2)譜圖解析

在1680cm-1呈現vC=O的強吸收峰，可能為羧酸、酸酐、酯、醯胺、醛、酮等化合物。因分子式中無氮，可排除醯胺；在3300～2500cm-1，無vO-H的寬吸收峰，可排除羧酸；在2820cm-1和2720cm-1無vC-H和δC-H倍頻共振的雙吸收峰，可排除醛；在1830cm-1和1750cm-1無vC=O的羰基振動耦合雙峰，可排除酸酐。

由於在1200～1000cm-1存在3個弱吸收峰，可能為vas,C-C-C或vC-O伸縮振動吸收峰，因此，此化合物可能為酮或酯。

1600cm-1、1580cm-1、1500cm-1處的3個吸收峰是苯環骨架伸縮振動vC=C的特徵，表明分子中有苯環。

在1265cm-1呈現的強吸收峰為芳酮特徵，其為羰基和芳香環的耦合吸收峰。

在3000cm-1以上僅有微弱的吸收峰，表明分子中僅含少量的-CH3或-CH2-。

在2000～1700cm-1僅有微弱的吸收峰，其為γC-H面外伸縮振動，是苯衍生物的特徵峰。

1380cm-1吸收峰，表明有-CH3的面內彎曲振動(對稱剪式振動)δC-H(s) 。

900～650cm-1的吸收峰，為苯環C-H面外彎曲振動γC-H，750cm-1、690cm-1的2個強吸收峰，表明化合物為單取代苯。

由以上解析可知，此化合物為苯乙酮。

例4某未知物的分子式為C6H15N，試從其紅外吸收光譜圖(圖4)推斷其結構。

解：

(1)由分子式計算其不飽和度：，其為飽和化合物。

(2)譜圖解析

圖4未知化合物C6H15N的紅外光譜圖

譜圖中在1900～1650cm-1無vC=O的強吸收峰，且分子式中無氧，可判定此化合物不是羧酸、酸酐、酯、醯胺、醛和酮。

由3330cm-1和3240cm-1出現vN-H的2個中等強度吸收峰，可初步判斷它可能為胺類。在1606cm-1呈現δN-H的特徵中等強度寬峰，在1072cm-1呈現vC-N弱吸收峰和在830cm-1呈現的γN-H寬吸收峰，都進一步確證此化合物為胺類。

在3000～2800cm-1出現的分裂的強吸收峰，表明存在-CH3、-CH2-的伸縮振動vas,C-H和vs,C-H ；在1473cm-1出現強峰為-CH3、-CH2-面內彎曲振動δas,C-H；在1382cm-1出現中等強度的單峰為-CH3面內彎曲振動δs,C-H；在723cm-1出現的中強吸收峰，為4個以上-CH2-直接聯結時的平面搖擺振動φCH2。

由以上解析，可確定此化合物為正己胺，分子式為CH3(CH2)5NH2。

例5某未知物的分子式為C6H10O2，試從其紅外吸收光譜圖(圖5)推斷其結構。

圖5未知物C6H10O2的紅外光譜圖

解：

(1)由分子式計算其不飽和度：其可能含有1個三鍵或2個雙鍵。

(2)譜圖解析

譜圖中在1900～1650cm-1有一個vC=O的強吸收峰，且分子有2個氧原子，並在1300～1100cm-1有一vC-O強吸收峰，表明其為典型的羧酸酯類化合物。

在2200～2100cm-1無vC≡C的尖銳吸收峰，在3300～3100cm-1無vC≡C-H的尖銳吸收峰，表明其不是炔類化合物。

在1680～1620cm-1有強度較弱的肩峰，表明其為vC-C的較弱吸收峰，此化合物可能為不飽和脂肪酸酯。

在2900～2800cm-1有一弱的吸收峰，其為甲基vC-H(s)吸收峰和亞甲基vC-H(s)吸收峰，表明分子中含有-CH3和-CH2-。

在1460cm-1有弱吸收峰，為甲基和亞甲基的δC-H(as)吸收峰；在1380cm-1吸收峰為甲基δC-H(s)。吸收峰；在910cm-1吸收峰為亞甲基γC-H吸收峰。

由以上解析、分子式及不飽和度，可推斷此化合物為2-甲基丙烯酸乙酯，分子式為

（內容來源：網絡 由小析姐整理編輯）

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