参比购-【药研分析】小技巧轻松解析红外光谱图，后悔没早知道

　　说到分子光谱法就不得不提紫外可见分光光度法和红外光谱法，前一篇【必看宝典】史上最全紫外学习贴，我们已经详细地介绍了紫外可见分光光度法，今天咱们再具体说一说红外光谱法以及红外光谱图解析的基础知识。

　　谱图解析基本知识

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　　1、基团频率区

　　中红外光谱区可分成4000cm-1~1300(1800)cm-1和1800(1300)cm-1~600cm-1两个区域。最有分析价值的基团频率在4000cm-1~1300cm-1之间，这一区域称为基团频率区、官能团区或特征区。区内的峰是由伸缩振动产生的吸收带，比较稀疏，容易辨认，常用于鉴定官能团。

　　在1800cm-1(1300cm-1)~600cm-1区域内，除单键的伸缩振动外，还有因变形振动产生的谱带。这种振动基团频率和特征吸收峰与整个分子的结构有关。当分子结构稍有不同时，该区的吸收就有细微的差异，并显示出分子特征。这种情况就像人的指纹一样，因此称为指纹区。指纹区对于指认结构类似的化合物很有帮助，而且可以作为化合物存在某种基团的旁证。

　　基团频率区可分为三个区域：

　　(1)4000~2500cm-1X-H伸缩振动区，X可以是O、N、C或S等原子。O-H基的伸缩振动出现在3650~3200cm-1范围内，它可以作为判断有无醇类、酚类和有机酸类的重要依据。

　　当醇和酚溶于非极性溶剂(如CCl4)，浓度于0.01mol.dm-3时，在3650~3580cm-1处出现游离O-H基的伸缩振动吸收，峰形尖锐，且没有其它吸收峰干扰，易于识别。当试样浓度增加时，羟基化合物产生缔合现象，O-H基的伸缩振动吸收峰向低波数方向位移，在3400~3200cm-1出现一个宽而强的吸收峰。

　　胺和酰胺的N-H伸缩振动也出现在3500~3100cm-1，因此，可能会对O-H伸缩振动有干扰。

　　C-H的伸缩振动可分为饱和和不饱和的两种：饱和的C-H伸缩振动出现在3000cm-1以下，约3000~2800cm-1，取代基对它们影响很小。如-CH3基的伸缩吸收出现在2960cm-1和2876cm-1附近;R2CH2基的吸收在2930cm-1和2850cm-1附近;R3CH基的吸收基出现在2890cm-1附近，但强度很弱。

　　不饱和的C-H伸缩振动出现在3000cm-1以上，以此来判别化合物中是否含有不饱和的C-H键。

　　苯环的C-H键伸缩振动出现在3030cm-1附近，它的特征是强度比饱和的C-H浆键稍弱，但谱带比较尖锐。

　　不饱和的双键=C-H的吸收出现在3010~3040cm-1范围内，末端=CH2的吸收出现在3085cm-1附近。叁键C-H上的C-H伸缩振动出现在更高的区域(3300cm-1)附近。

　　(2)2500~1900cm-1为叁键和累积双键区，主要包括-C≡C、-C≡N等叁键的伸缩振动，以及-C=C=C、-C=C=O等累积双键的不对称性伸缩振动。

　　对于炔烃类化合物，可以分成R-C≡CH和R￠-C≡C-R两种类型：R-C≡CH的伸缩振动出现在2100~2140cm-1附近;R￠-C≡C-R出现在2190~2260cm-1附近;R-C≡C-R分子是对称，则为非红外活性。-C≡N基的伸缩振动在非共轭的情况下出现2240~2260cm-1附近。当与不饱和键或芳香核共轭时，该峰位移到2220~2230cm-1附近。

　　若分子中含有C、H、N原子，-C≡N基吸收比较强而尖锐。若分子中含有O原子，且O原子离-C≡N基越近，-C≡N基的吸收越弱，甚至观察不到。

　　(3)1900~1200cm-1为双键伸缩振动区，该区域重要包括三种伸缩振动：C=O伸缩振动出现在1900~1650cm-1，是红外光谱中特征的且往往是明显的吸收，以此很容易判断酮类、醛类、酸类、酯类以及酸酐等有机化合物。

　　酸酐的羰基吸收带由于振动耦合而呈现双峰。

　　苯的衍生物的泛频谱带，出现在2000~1650cm-1范围，是C-H面外和C=C面内变形振动的泛频吸收，虽然强度很弱，但它们的吸收面貌在表征芳核取代类型上有一定的作用。

　　2、指纹区

　　(a)1800(1300)cm-1~900cm-1区域是C-O、C-N、C-F、C-P、C-S、P-O、Si-O等单键的伸缩振动和C=S、S=O、P=O等双键的伸缩振动吸收。

　　其中：1375cm-1的谱带为甲基的C-H对称弯曲振动，对识别甲基十分有用，C-O的伸缩振动在1300~1000cm-1，是该区域明显的峰，也较易识别。

　　(b)900~650cm-1区域的某些吸收峰可用来确认化合物的顺反构型。利用上区域中苯环的C-H面外变形振动吸收峰和2000~1667cm-1区域苯的倍频或组合频吸收峰，可以共同配合确定苯环的取代类型。

　　谱图分析的顺口溜

　　(1)外可分远中近，中红特征指纹区，1300来分界，注意横轴划分异。看图要知红外仪，弄清物态液固气，样品来源制样法，物化性能多联系。识图先学饱和烃，三千以下看峰形。

　　(2)2960、2870是甲基，2930、2850亚甲基峰。1470碳氢弯，1380甲基显。二个甲基同一碳，1380分二半。面内摇摆720，长链亚甲基亦可辨。

　　(3)烯氢伸展过三千，排除倍频和卤烷。末端烯烃此峰强，只有一氢不明显。

　　(4)化合物，又键偏，～1650会出现。烯氢面外易变形，1000以下有强峰。910端基氢，再有一氢990。顺式二氢690，反式移至970;单氢出峰820，干扰顺式难确定。

　　(5)炔氢伸展三千三，峰强很大峰形尖。三键伸展二千二，炔氢摇摆六百八。

　　(6)芳烃呼吸很特征，1600～1430，1650～2000泛峰，取代方式区分明。900～650，面外弯曲定芳氢。五氢吸收有两峰，700和750，四氢只有750，二氢相邻830，间二取代出三峰，700、780，880处孤立氢。

　　(7)醇酚羟基易缔合，三千三处有强峰。C-O伸展吸收大，伯仲叔醇位不同。1050伯醇显，1100乃是仲，1150叔醇在，1230才是酚。

　　(8)1110醚链伸，注意排除酯酸醇。若与π键紧相连，二个吸收要看准，1050对称峰，1250对称。

　　(9)苯环若有甲氧基，碳氢伸展2820。次甲基二氧连苯环，930处有强峰。

　　(10)环氧乙烷有三峰，1260环振动，九百上下反对称，八百左右最特征。

　　(11)缩醛酮，特殊醚，1110非缩酮。酸酐也有C-O键，开链环酐有区别，开链强宽一千一，环酐移至1250。

　　(12)羰基伸展一千七，2720定醛基。吸电效应波数高，共轭则向低频移。张力促使振动快，环外双键可类比。

　　(13)二千五到三千三，羧酸氢键峰形宽，920，钝峰显，羧基可定二聚酸。

　　(14)酸酐千八来偶合，双峰60严相隔，链状酸酐高频强，环状酸酐高频弱。

　　(15)羧酸盐，偶合生，羰基伸缩出双峰，1600反对称，1400对称峰。

　　(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，常为邻苯二甲酸。

　　(17)氮氢伸展三千四，每氢一峰很分明。羰基伸展酰胺I，1660有强峰;N-H变形酰胺II，1600分伯仲。伯胺频高易重叠，仲酰固态1550;碳氮伸展酰胺III，1400强峰显。

　　(18)胺尖常有干扰见，N-H伸展三千三，叔胺无峰仲胺单，伯胺双峰小而尖。1600碳氢弯，芳香仲胺千五偏。八百左右面内摇，确定变成盐。

　　(19)伸展弯曲互相近，伯胺盐三千强峰宽，仲胺盐、叔胺盐，2700上下可分辨，亚胺盐，更可怜，2000左右才可见。

　　(20)硝基伸缩吸收大，相连基团可弄清。1350、1500，分为对称反对称。

　　(21)氨基酸，成内盐，3100～2100峰形宽。1600、1400酸根展，1630、1510碳氢弯。盐酸盐，羧基显，钠盐蛋白三千三。

　　(22)矿物组成杂而乱，振动光谱远红端。纯盐类，较简单，吸收峰，少而宽。

　　(23)注意羟基水和铵，先记几种普通盐。1100是硫酸根，1380硝酸盐，1450碳酸根，一千左右看磷酸。硅酸盐，一峰宽，1000真壮观。

　　红外光谱分析步骤

　　(1)首先依据谱图推出化合物碳架类型：根据分子式计算不饱和度，

　　公式：不饱和度=(2C+2-H-Cl+N)/2 其中：Cl为卤素原子

　　例如：比如苯：C6H6，不饱和度=(2*6+2-6)/2=4，3个双键加一个环，正好为4个不饱和度;

　　(2)分析3300~2800cm-1区域C-H伸缩振动吸收;

　　以3000cm-1为界：高于3000cm-1为不饱和碳C-H伸缩振动吸收，有可能为烯，炔，芳香化合物，而低于3000cm-1一般为饱和C-H伸缩振动吸收;

　　(3)若在稍高于3000cm-1有吸收，则应在2250~1450cm-1频区，分析不饱和碳碳键的伸缩振动吸收特征峰，其中：

　　炔2200~2100cm-1

　　烯1680~1640cm-1

　　芳环1600，1580，1500，1450cm-1泛峰

　　若已确定为烯或芳香化合物，则应进一步解析指纹区，即1000~650cm-1的频区，以确定取代基个数和位置(顺、反;邻、间、对);

　　(4)碳骨架类型确定后，再依据其他官能团，如C=O，O-H，C-N等特征吸收来判定化合物的官能团;

　　(5)解析时应注意把描述各官能团的相关峰联系起来，以准确判定官能团的存在，如2820，2720和1750~1700cm-1的三个峰，说明醛基的存在。

　　5个实例说明IR谱图解

　　例1 某未知物的分子式为C12H24，试从其红外吸收光谱图(图1)推出它的结构。

图1.未知物C12H24红外光谱图

　　解：

　　(1)由分子式计算其不饱和度：，该化合物具有一个双键或一个环。

　　(2)谱图解析

　　①由谱图可看到在1900～1650cm-1无vC=O的强吸收峰，在1300～1000cm-1也无一个vas,C-C-C的弱吸收峰，分子式中无氧，可初步判定此化合物不是羧酸、酸酐、酯、酰胺、醛和酮。

　　②在3700～3000cm-1无宽的vO-H或vN-N吸收峰，表明其不是醇、酚、胺类化合物;在1250～1100cm-1无vC-O吸收峰，分子式中无氧，表明其也不是醚类化合物。

　　③按波数自高至低的顺序，对吸收峰进行解析。首先由3075cm-1出现小的肩峰说明存在烯烃vC-H伸缩振动，在1640cm-1还出现强度较弱的vC=C伸缩振动，由以上两点表明此化合物为一烯烃。

　　④在3000～2800cm-1的吸收峰表明有-CH3、-CH2-存在，在2960cm-1、2920cm-1、2870cm-1、2850cm-1的强吸收峰表明存在-CH3和-CH2-的vC-H(as)、vC-H(s)，且-CH2-的数目大于-CH3的数目，从而推断此化合物为一直链烯烃。在715 cm-1出现的小峰，显示-CH2-的面内摇摆振动δ-CH2-，也表明长碳链的存在。

　　⑤在980cm-1、915cm-1的稍弱吸收峰为次甲基和亚甲基产生的面外弯曲振动γC-H。⑥在1460cm-1吸收峰为-CH3、-CH2-的不对称剪式振动δC-H(as) ;1375cm-1为-CH3的对称剪式振动δC-H(s)，其强度很弱，表明-CH3的数目很少。由以上解析可确定此化合物为1-十二烯。

　　例2.某未知物分子式为C4H10O，试从其红外吸收光谱图(图2)推断其分子结构。

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图2.未知物C4H10O的红外光谱图

　　解：

　　(1)由分子式计算它的不饱和度：，表明其为饱和化合物。

　　(2)谱图解析

　　①由谱图可看到1900～1650cm-1无vC=O的强吸收峰，在1300～1000cm-1无vas,C-C-C的弱吸收峰，但有强吸收峰，可初步判定此化合物不是羧酸、酸酐、酯、酰胺、醛和酮。

　　②在3500～3100cm-1未出现vN-H的中强度双峰，表明无铵存在;但在3350cm-1出现强吸收的宽峰表明存在vO-H伸缩振动，其已移向低波数表明存在醇的分子缔合现象。

　　③在2960cm-1、2920cm-1、2870cm-1吸收峰，表明存在-CH3、-CH2-的伸缩振动vC-H。

　　④1460cm-1吸收峰，表明存在-CH3、-CH2-的不对称剪式振动δC-H(as)。

　　⑤1380cm-1、1370cm-1的等强度双峰，表明存在C-H的面内弯曲振动δC-H，其为异丙基分裂现象。

　　⑥1300～1000cm-1的一系列吸收峰表明存在C-O的伸缩振动vC-O，即有一级醇-OH存在。

　　由以上解析可确定此化合物为饱和的一级醇，存在异丙基分裂。可确定其为异丁醇。

　　例3 分子式为C8H8O的未知物，沸点为220℃，由其红外吸收光谱图(图3)判断其结构。

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图3.未知物C8H8O的红外光谱图

　　解：

　　(1)从分子式计算不饱和度：，估计其含有苯环和双键(或环烷烃)。

　　(2)谱图解析

　　①在1680cm-1呈现vC=O的强吸收峰，可能为羧酸、酸酐、酯、酰胺、醛、酮等化合物。因分子式中无氮，可排除酰胺;在3300～2500cm-1，无vO-H的宽吸收峰，可排除羧酸;在2820cm-1和2720cm-1无vC-H和δC-H倍频共振的双吸收峰，可排除醛;在1830cm-1和1750cm-1无vC=O的羰基振动耦合双峰，可排除酸酐。

　　由于在1200～1000cm-1存在3个弱吸收峰，可能为vas,C-C-C或vC-O伸缩振动吸收峰，因此，此化合物可能为酮或酯。

　　②1600cm-1、1580cm-1、1500cm-1处的3个吸收峰是苯环骨架伸缩振动vC=C的特征，表明分子中有苯环。

　　③在1265cm-1呈现的强吸收峰为芳酮特征，其为羰基和芳香环的耦合吸收峰。

　　④在3000cm-1以上仅有微弱的吸收峰，表明分子中仅含少量的-CH3或-CH2-。

　　⑤在2000～1700cm-1仅有微弱的吸收峰，其为γC-H面外伸缩振动，是苯衍生物的特征峰。

　　⑥1380cm-1吸收峰，表明有-CH3的面内弯曲振动(对称剪式振动)δC-H(s) 。

　　⑦900～650cm-1的吸收峰，为苯环C-H面外弯曲振动γC-H，750cm-1、690cm-1的2个强吸收峰，表明化合物为单取代苯。

　　由以上解析可知，此化合物为苯乙酮。

　　例4.某未知物的分子式为C6H15N，试从其红外吸收光谱图(图4)推断其结构。

　　解：

　　(1)由分子式计算其不饱和度：，其为饱和化合物。

　　(2)谱图解析

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图4未知化合物C6H15N的红外光谱图

　　①谱图中在1900～1650cm-1无vC=O的强吸收峰，且分子式中无氧，可判定此化合物不是羧酸、酸酐、酯、酰胺、醛和酮。

　　②由3330cm-1和3240cm-1出现vN-H的2个中等强度吸收峰，可初步判断它可能为胺类。在1606cm-1呈现δN-H的特征中等强度宽峰，在1072cm-1呈现vC-N弱吸收峰和在830cm-1呈现的γN-H宽吸收峰，都进一步确证此化合物为胺类。

　　③在3000～2800cm-1出现的分裂的强吸收峰，表明存在-CH3、-CH2-的伸缩振动vas,C-H和vs,C-H ;在1473cm-1出现强峰为-CH3、-CH2-面内弯曲振动δas,C-H;在1382cm-1出现中等强度的单峰为-CH3面内弯曲振动δs,C-H;在723cm-1出现的中强吸收峰，为4个以上-CH2-直接联结时的平面摇摆振动φCH2。

　　由以上解析，可确定此化合物为正己胺，分子式为CH3(CH2)5NH2。

　　例5 某未知物的分子式为C6H10O2，试从其红外吸收光谱图(图5)推断其结构。