红外光谱解析（1分钟学会红外光谱图分析）

　　红外光谱解析（1分钟学会红外光谱图分析）
　　红外光谱法（Infrared Spectrometry，IR）是利用物质分子对红外辐射的吸收，并由其振动或转动运动引起偶极矩的精变化，产生分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁，得到由分子振动能级和转动能级变化产生的振动-转动光谱，又称为红外光谱。
　　红外光谱仪
　　红外光谱法是一种鉴别化合物和确定物质分子结构的常用分析手段，不仅可以对物质进行定性分析，还可对单一组分或混合物中各组分进行定量分析，尤其是在对于一些较难分离并在紫外、可见区找不到明显特征峰的样品，可以方便、迅速地完成定量分析。
　　一、红外谱图解析基本知识
　　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最强的吸收，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，是该区域最强的峰，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。
　　二、关于红外光谱分析的顺口溜
　　（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，确定最好变成盐。
　　（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。
　　三、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。
　　四、常见的键值
　　分析基本搞定，剩下的就是背一些常见常用的键值了！
　　1、烷烃：C-H伸缩振动（3000-2850cm-1）
　　C-H弯曲振动（1465-1340cm-1）
　　一般饱和烃C-H伸缩均在3000cm-1以下，接近3000cm-1的频率吸收。
　　2、烯烃：烯烃C-H伸缩（3100~3010cm-1）
　　C=C伸缩（1675~1640cm-1）
　　烯烃C-H面外弯曲振动（1000~675cm-1）。
　　3、炔烃：伸缩振动（2250~2100cm-1）
　　炔烃C-H伸缩振动（3300cm-1附近）。
　　4、芳烃：3100~3000cm-1芳环上C-H伸缩振动
　　1600~1450cm-1C=C骨架振动
　　880~680cm-1C-H面外弯曲振动
　　芳香化合物重要特征：一般在1600，1580，1500和1450cm-1可能出现强度不等的4个峰。880~680cm-1，C-H面外弯曲振动吸收，依苯环上取代基个数和位置不同而发生变化，在芳香化合物红外谱图分析中，常常用此频区的吸收判别异构体。
　　5、醇和酚：主要特征吸收是O-H和C-O的伸缩振动吸收，
　　O-H自由羟基O-H的伸缩振动：3650~3600cm-1，为尖锐的吸收峰，
　　分子间氢键O-H伸缩振动：3500~3200cm-1，为宽的吸收峰；
　　C-O伸缩振动：1300~1000cm-1
　　O-H面外弯曲：769-659cm-1
　　6、醚：特征吸收：1300~1000cm-1的伸缩振动，
　　脂肪醚：1150~1060cm-1一个强的吸收峰
　　芳香醚：两个C-O伸缩振动吸收：1270~1230cm-1（为Ar-O伸缩）1050~1000cm-1（为R-O伸缩）
　　7、醛和酮：醛的主要特征吸收：1750~1700cm-1（C=O伸缩）
　　2820，2720cm-1（醛基C-H伸缩）
　　脂肪酮：1715cm-1，强的C=O伸缩振动吸收，如果羰基与烯键或芳环共轭会使吸收频率降低。
　　8、羧酸：羧酸二聚体：3300~2500cm-1宽，强的O-H伸缩吸收
　　1720~1706cm-1C=O吸收
　　1320~1210cm-1C-O伸缩
　　920cm-1成键的O-H键的面外弯曲振动
　　9、酯：饱和脂肪族酯（除甲酸酯外）的C=O吸收谱带：1750~1735cm-1区域
　　饱和酯C-C（=O）-O谱带：1210~1163cm-1区域，为强吸收
　　10、胺：3500~3100cm-1，N-H伸缩振动吸收
　　1350~1000cm-1，C-N伸缩振动吸收
　　N-H变形振动相当于CH2的剪式振动方式，其吸收带在：1640~1560cm-1，面外弯曲振动在900~650cm-1。
　　11、腈：腈类的光谱特征：三键伸缩振动区域，有弱到中等的吸收
　　脂肪族腈2260-2240cm-1
　　芳香族腈2240-2222cm-1
　　12、酰胺：3500-3100cm-1N-H伸缩振动
　　1680-1630cm-1C=O伸缩振动
　　1655-1590cm-1N-H弯曲振动
　　1420-1400cm-1C-N伸缩
　　13、有机卤化物：
　　C-X伸缩脂肪族
　　C-F1400-730cm-1
　　C-Cl850-550cm-1
　　C-Br690-515cm-1
　　C-I600-500cm-1