各类物质的红外吸收峰

第四节各类有机化合物红外吸收光谱σ伸缩振动，δ面内弯曲振动，γ面外弯曲振动一、烷烃饱和烷烃IR光谱主要由C-H键的骨架振动所引起，而其中以C-H键的伸缩振动最为有用。在确定分子结构时，也常借助于C-H键的变形振动和C-C键骨架振动吸收。烷烃有下列四种振动吸收。1、σC-H在2975—2845cm-1范围，包括甲基、亚甲基和次甲基的对称与不对称伸缩振动2、δC-H在1460cm-1和1380cm-1处有特征吸收，前者归因于甲基及亚甲基C-H的σas，后者归因于甲基C-H的σs。1380cm-1峰对结构敏感，对于识别甲基很有用。共存基团的电负性对1380cm-1峰位置有影响，相邻基团电负性愈强，愈移向高波数区，例如，在CH3F中此峰移至1475cm-1。异丙基1380cm-1裂分为两个强度几乎相等的两个峰1385cm-1、1375cm-1叔丁基1380cm-1裂分1395cm-1、1370cm-1两个峰，后者强度差不多是前者的两倍，在1250cm-1、1200cm-1附近出现两个中等强度的骨架振动。3、σC-C在1250—800cm-1范围内，因特征性不强，用处不大。4、γC-H分子中具有—（CH2）n—链节，n大于或等于4时，在722cm-1有一个弱吸收峰，随着CH2个数的减少，吸收峰向高波数方向位移，由此可推断分子链的长短。二、烯烃烯烃中的特征峰由C=C-H键的伸缩振动以及C=C-H键的变形振动所引起。烯烃分子主要有三种特征吸收。1、σC=C-H烯烃双键上的C-H键伸缩振动波数在3000cm-1以上，末端双键氢在3075—3090cm-1有强峰最易识别。2、σC=C吸收峰的位置在1670—1620cm-1。随着取代基的不同，σC=C吸收峰的位置有所不同，强度也发生变化。3、δC=C-H烯烃双键上的C-H键面内弯曲振动在1500—1000cm-1，对结构不敏感，用途较少；而面外摇摆振动吸收最有用，在1000—700cm-1范围内，该振动对结构敏感，其吸收峰特征性明显，强度也较大，易于识别，可借以判C=CH2断双键取代情况和构型。RHC=CH2995~985cm-1（=CH，S）915~905cm-1（=CH2，S）R1R2C=CH2895~885cm-1（S）（顺）-R1CH=CHR2~690cm-1（反）-R1CH=CHR2980~965cm-1（S）R1R2C=CHR3840~790cm-1（m）三、炔烃在IR光谱中，炔烃基团很容易识别，它主要有三种特征吸收。1、σ该振动吸收非常特征，吸收峰位置在3300—3310cm-1，中等强度。σN-H值与σC-H值相同，但前者为宽峰、后者为尖峰，易于识别。2、σ一般键的伸缩振动吸收都较弱。一元取代炔烃σ出现在2140—2100cm-1，二元取代炔烃在2260—2190cm-1，当两个取代基的性质相差太大时，炔化物极性增强，吸收峰的强度增大。当处于分子的对称中心时，σ为红外非活性。3、σ炔烃变形振动发生在680—610cm-1。四、芳烃芳烃的红外吸收主要为苯环上的C-H键及环骨架中的C=C键振动所引起。芳族化合物主要有三种特征吸收。1、σAr-H芳环上C-H吸收频率在3100~3000cm-1附近，有较弱的三个峰，特征性不强，与烯烃的σC=C-H频率相近，但烯烃的吸收峰只有一个。2、σC=C芳环的骨架伸缩振动正常情况下有四条谱带，约为1600，1585，1500，1450cm-1，这是鉴定有无苯环的重要标志之一。3、δAr-H芳烃的C-H变形振动吸收出现在两处。1275—960cm-1为δAr-H，由于吸收较弱，易受干扰，用处较小。另一处是900—650cm-1的δAr-H吸收较强，是识别苯环上取代基位置和数目的极重要的特征峰。取代基越多，δAr-H频率越高，见表3-10。若在1600—2000cm-1之间有锯齿壮倍频吸收（C-H面外和C=C面内弯曲振动的倍频或组频吸收），是进一步确定取代苯的重要旁证。苯670cm-1（S）单取代苯770~730cm-1（VS），710~690cm-1（S）1,2-二取代苯770~735cm-1（VS）CCHCCCCRCCHCCCCCCH1,3-二取代苯810~750cm-1（VS）,725~680cm-1（m~S）1,4-二取代苯860~800cm-1（VS）五、卤化物随着卤素原子的增加，σC-X降低。如C-F（1100~1000cm-1）；C-Cl（750~700cm-1）；C-Br（600~500cm-1）；C-I（500~200cm-1）。此外，C-X吸收峰的频率容易受到邻近基团的影响，吸收峰位置变化较大，尤其是含氟、含氯的化合物变化更大，而且用溶液法或液膜法测定时，常出现不同构象引起的几个伸缩吸收带。因此IR光谱对含卤素有机化合物的鉴定受到一定限制。六、醇和酚醇和酚类化合物有相同的羟基，其特征吸收是O-H和C-O键的振动频率。1、σO-H一般在3670~3200cm-1区域。游离羟基吸收出现在3640~3610cm-1，峰形尖锐，无干扰，极易识别（溶剂中微量游离水吸收位于3710cm-1）。OH是个强极性基团，因此羟基化合物的缔合现象非常显著，羟基形成氢键的缔合峰一般出现在3550~3200cm-1。1,2-环戊二醇顺式异构体P470.005mol/L(CCl4)3633cm-1（游离），3572cm-1（分子内氢键）。0.04mol/L(CCl4)3633cm-1（游离），3572cm-1（分子内氢键）~3500cm-1(分子间氢键)。2、σC-O和δO-HC-O键伸缩振动和O-H面内弯曲振动在1410—1100cm-1处有强吸收，当无其它基团干扰时，可利用σC-O的频率来了解羟基的碳链取代情况（伯醇在1050cm-1，仲醇在1125cm-1，叔醇在1200cm-1，酚在1250cm-1）。七、醚和其它化合物醚的特征吸收带是C-O-C不对称伸缩振动，出现在1150~1060cm-1处，强度大，C-C骨架振动吸收也出现在此区域，但强度弱，易于识别。醇、酸、酯、内酯的σC-O吸收在此区域，故很难归属。八、醛和酮醛和酮的共同特点是分子结构中都含有（C=O），σC=O在1750~1680cm-1范围内，吸收强度很大，这是鉴别羰基的最明显的依据。临近基团的性质不同，吸收峰的位置也有所不同。羰基化合物存在下列共振结构：ABC=O键有着双键性强的A结构和单键性强的B结构两种结构。共轭效应将使σC=O吸收峰向低波数一端移动，吸电子的诱导效应使σC=O的吸收峰向高波数方向移动。α，β不饱和的羰基化合物，由于不饱和键与C=O的共轭，因此C=O键的吸收峰向低波数移动σC=O1685~1665cm-11745~1725cm-1苯乙酮对氨基苯乙酮对硝基苯乙酮σC=O1691cm-11677cm-11700cm-1σ一般在2700~2900cm-1区域内，通常在~2820cm-1、~2720cm-1附近各有一个中等强度的吸收峰，可以用来区别醛和酮。九、羧酸1、σO-H游离的O-H在~3550cm-1，缔合的O-H在3300~2500cm-1，峰形宽而散，强度很大。2、σC=O游离的C=O一般在~1760cm-1附近，吸收强度比酮羰基的吸收强度大，但由于羧酸分子中的双分子缔合，使得C=O的吸收峰向低波数方向移动，一般在1725~1700cm-1，如果发生共轭，则C=O的吸收峰移到1690~1680cm-1。3、σC-O一般在1440~1395cm-1，吸收强度较弱。4、δO-H一般在1250cm-1附近，是一强吸收峰，有时会和σC-O重合。十、酯和内酯1、σC=O1750~1735cm-1处出现（饱和酯σC=O位于1740cm-1处），受相邻基团的影响，吸收峰的位置会发生变化。2、σC-O一般有两个吸收峰，1300~1150cm-1，1140~1030cm-1十一、酰卤σC=O由于卤素的吸电子作用，使C=O双键性增强，从而出现在较高波COXYCOXY+-RCH=CHCOR'RCHClCOR'COH数处，一般在~1800cm-1处，如果有乙烯基或苯环与C=O共轭，，会使σC=O变小，一般在1780~1740cm-1处。十二、酸酐1、σC=O由于羰基的振动偶合，导致σC=O有两个吸收，分别处在1860~1800cm-1和1800~1750cm-1区域，两个峰相距60cm-1。2、σC-O为一强吸收峰，开链酸酐的σC-O在1175~1045cm-1处，环状酸酐1310~1210cm-1处。十三、酰胺1、σC=O酰胺的第ⅠⅡⅢ谱带，由于氨基的影响，使得σC=O向低波数位移，伯酰胺1690~1650cm-1，仲酰胺1680~1655cm-1，叔酰胺1670~1630cm-1。2、σN-H一般位于3500~3100cm-1，伯酰胺游离位于~3520cm-1和~3400cm-1，形成氢键而缔合的位于~3350cm-1和~3180cm-1，均呈双峰；仲酰胺游离位于~3440cm-1，形成氢键而缔合的位于~3100cm-1，均呈单峰；叔酰胺无此吸收峰。3、δN-H酰胺的第Ⅱ谱带，伯酰胺δN-H位于1640~1600cm-1；仲酰胺1500~1530cm-1，强度大，非常特征；叔酰胺无此吸收峰。4、σC-N酰胺的第Ⅲ谱带，伯酰胺1420~1400cm-1，仲酰胺1300~1260cm-1，叔酰胺无此吸收峰。十四、胺1、σN-H游离位于3500~3300cm-1处，缔合的位于3500~3100cm-1处。含有氨基的化合物无论是游离的氨基或缔合的氨基，其峰强都比缔合的OH峰弱，且谱带稍尖锐一些，由于氨基形成的氢键没有羟基的氢键强，因此当氨基缔合时，吸收峰的位置的变化不如OH那样显著，引起向低波数方向位移一般不大于100cm-1。伯胺3500~3300cm-1有两个中等强度的吸收峰（对称与不对称的伸缩振动吸收），仲胺在此区域只有一个吸收峰，叔胺在此区域内无吸收。2、σC-N脂肪胺位于1230~1030cm-1处，芳香胺位于1380~1250cm-1处。3、δN-H位于1650~1500cm-1处，伯胺的δN-H吸收强度中等，仲胺的吸收强度较弱。4、γN-H位于900~650cm-1处，峰形较宽，强度中等（只有伯胺有此吸收峰）。