复旦大学：《谱学导论》课程教学资源（电子教案）第二章 红外和拉曼光谱 2.4 红外光谱的应用

524红外光谱的应用 红外光谱应用的一个重要方面是通过红外图谱的解析来了解分子的结构。解析红外图谱 般的方法是,首先依据化合物的分子式,利用下面的公式计算其分子的不饱和度。分子 的不饱和度=(2n+2)+t-m+2:式中n为分子中四价元素的数目;t为分子中三价元素的数 目:m为分子中一价元素的数目。不饱和度可以提供如下信息:苯环的不饱和度为4,脂 环为1,三键为2,双键为1。饱和链状化合物不饱和度为0。 在依据化合物的不饱和度初步推测化合物的碳架类型的基础上,再根据各官能团的特 征吸收峰来推测化合物的具体结构。一般先分析3300~2800cm-区域C-H伸缩振动吸 收,以3000cm-为界,高于3000cm-为不饱和碳C-H伸缩振动吸收,可能为烯,炔, 芳香化合物。低于3000cm-一般为饱和C-H伸缩振动吸收。若在稍高于3000cm-有吸 收,则应在2250~1450cm-区域分析不饱和碳碳键的伸缩振动吸收特征峰。根据烯,炔和 芳环振动吸收的明显差别判断化合物种类。若为烯或芳香化合物则还应进一步解析指纹区 l000~650cm-频区,以确定取代基个数和位置。碳骨架类型确定后,再依据其他官能团, 如C=O,O_H,C-H,C-N等的特征吸收来判定化合物的结构。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(醛基C-H伸缩振 动)和1750~1700cm1(醛基C=O伸缩振动)的三个峰说明醛基的存在。 例1 推测有如图241所示IR图谱,分子式为CsHO的化合物的可能结构 图2.4.1化合物CsHO的红外谱图

§2.4 红外光谱的应用 红外光谱应用的一个重要方面是通过红外图谱的解析来了解分子的结构。解析红外图谱 一般的方法是，首先依据化合物的分子式，利用下面的公式计算其分子的不饱和度。分子 的不饱和度 = [(2n+2)+t−m]2；式中 n 为分子中四价元素的数目；t 为分子中三价元素的数 目；m 为分子中一价元素的数目。不饱和度可以提供如下信息：苯环的不饱和度为 4， 脂 环为 1，三键为 2，双键为 1。饱和链状化合物不饱和度为 0。 在依据化合物的不饱和度初步推测化合物的碳架类型的基础上，再根据各官能团的特 征吸收峰来推测化合物的具体结构。 一般先分析 3300 ~ 2800 cm−1 区域 C⎯H 伸缩振动吸 收， 以 3000 cm−1 为界，高于 3000 cm−1 为不饱和碳 C⎯H 伸缩振动吸收，可能为烯，炔， 芳香化合物。低于 3000 cm−1 一般为饱和 C⎯H 伸缩振动吸收。若在稍高于 3000 cm−1 有吸 收，则应在 2250 ~ 1450 cm−1 区域分析不饱和碳碳键的伸缩振动吸收特征峰。根据烯，炔和 芳环振动吸收的明显差别判断化合物种类。若为烯或芳香化合物则还应进一步解析指纹区 1000 ~ 650 cm−1 频区，以确定取代基个数和位置。碳骨架类型确定后，再依据其他官能团， 如 C=O，O⎯H，C⎯H，C⎯N 等的特征吸收来判定化合物的结构。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（醛基 C⎯H 伸缩振 动）和 1750~1700 cm-1（醛基 C=O 伸缩振动）的三个峰说明醛基的存在。 例 1 推测有如图 2.4.1 所示 IR 图谱， 分子式为 C8H8O 的化合物的可能结构。 图 2.4.1 化合物 C8H8O 的红外谱图

首先计算化合物的不饱和度为5,此化合物可能含有苯环。3000cm以上有吸收,表 明有不饱和C-H伸缩,可能为烯,炔,芳香化合物。1600,1580cm-1处的吸收表明此化 合物含有苯环,再结合指纹区780,690cm-1处的吸收,可推测此化合物为间位取代苯。1710 cm-l处的吸收(C=O伸缩)表明分子中有羰基,2820,2720cm1处的吸收(醛基C-H 伸缩振动)显示此化合物含有醛基。结合化合物的分子式,可知此化合物为间甲基苯甲醛 C CHO 例2 分子式为CH4O的化合物的IR图谱如图242所示,推测该化合物的可能结构 图242化合物CH4O的红外谱图 首先计算化合物的不饱和度为2,此化合物可能为烯,炔及含有羰基的化合物。3300cm 处的宽带吸收,对应于羟基的伸缩振动吸收,结合1040cm-处的吸收,对应于CO的伸 缩振动,可推测此化合物含有O_H。由此可排除化合物含有羰基的可能性。再从2110cm-1 处的吸收可知此化合物有碳碳三键吸收。结合化合物的分子式可知此化合物为2-炔丙醇 CH=C—CH2OH 例3 化合物分子式为CHO,IR图谱如图243所示,推测其可能的分子结构

首先计算化合物的不饱和度为 5，此化合物可能含有苯环。3000 cm−1 以上有吸收，表 明有不饱和 C⎯H 伸缩，可能为烯，炔，芳香化合物。1600，1580 cm−1 处的吸收表明此化 合物含有苯环，再结合指纹区 780，690 cm−1 处的吸收，可推测此化合物为间位取代苯。1710 cm−1 处的吸收（C=O 伸缩）表明分子中有羰基，2820，2720 cm−1 处的吸收（醛基 C⎯H 伸缩振动）显示此化合物含有醛基。结合化合物的分子式， 可知此化合物为间甲基苯甲醛。 例 2 分子式为 C3H4O 的化合物的 IR 图谱如图 2.4.2 所示，推测该化合物的可能结构。 图 2.4.2 化合物 C3H4O 的红外谱图 首先计算化合物的不饱和度为 2，此化合物可能为烯，炔及含有羰基的化合物。3300 cm−1 处的宽带吸收，对应于羟基的伸缩振动吸收，结合 1040 cm−1 处的吸收，对应于 C⎯O 的伸 缩振动，可推测此化合物含有 O⎯-H。由此可排除化合物含有羰基的可能性。再从 2110 cm−1 处的吸收可知此化合物有碳碳三键吸收。结合化合物的分子式可知此化合物为 2-炔丙醇。 例 3 化合物分子式为 C7H8O，IR 图谱如图 2.4.3 所示，推测其可能的分子结构。 CH3 CHO CH C CH2OH

相 NUN!EHI I 图243化合物CHgO的红外谱图 首先计算化合物的不饱和度为4,可能含有苯环。在3000cm1以上有吸收,以及1600, 1500cm-1处的吸收,表明此化合物含有苯环(-C6H5),770,700cm-1处的吸收表明苯环取 代为单取代。分子式为CnHO,除去苯环(-C6H5),残余部分组成为CH3O,那么是苯甲醚还 是苯甲醇呢?再看3300cm-1附近无吸收,而1250,1040cm-1却有芳香脂肪醚C-O的吸 收,表明此化合物为苯甲醚

图 2.4.3 化合物 C7H8O 的红外谱图 首先计算化合物的不饱和度为 4，可能含有苯环。在 3000 cm−1 以上有吸收，以及 1600， 1500 cm−1 处的吸收，表明此化合物含有苯环（-C6H5），770，700 cm−1 处的吸收表明苯环取 代为单取代。分子式为 C7H8O，除去苯环(-C6H5)，残余部分组成为 CH3O，那么是苯甲醚还 是苯甲醇呢？再看 3300 cm−1 附近无吸收，而 1250，1040 cm−1 却有芳香脂肪醚 C⎯O 的吸 收，表明此化合物为苯甲醚