利用紅外吸收光譜進(jìn)行有機化合物定性分析可分為兩個方面：一是官能團定性分析,，主要依據(jù)紅外吸收光譜的特征頻率來鑒別含有哪些官能團,，以確定未知化合物的類別;二是結(jié)構(gòu)分析，即利用紅外吸收光譜提供的信息,，結(jié)合未知物的各種性質(zhì)和其它結(jié)構(gòu)分析手段(如紫外吸收光譜,、核磁共振波譜、質(zhì)譜)提供的信息,，來確定未知物的化學(xué)結(jié)構(gòu)式或立體結(jié)構(gòu),。
主要步驟
1.計算不飽和度
由于紅外吸收光譜不能得到樣品的總體信息(如分子量、分子式等),，如果不能獲得與樣品有關(guān)的其它方面的信息,，僅利用紅外吸收光譜進(jìn)行樣品剖析，在多數(shù)情況下是困難的,。為此應(yīng)盡可能獲取樣品的有機元素分析結(jié)果以確定分子式,，并收集有關(guān)的物理化學(xué)常數(shù)(如沸點、熔點,、折射率,、旋光度等)，計算化合物的不飽和度,。不飽和度表示有機分子中碳原子的不飽和程度,，可以估計分子結(jié)構(gòu)中是否有雙鍵、三鍵或芳香環(huán),。計算不飽和度u的經(jīng)驗公式為：
式中,，n1、n3和n4分別為分子式中一價,、三價和四價原子的數(shù)目,。通常規(guī)定雙鍵(C=C，C=O)和飽和環(huán)烷烴的不飽和度u=1,，三鍵的不飽和度u=2,，苯環(huán)的不飽和度u=4(可理解為一個環(huán)加三個雙鍵)。因此根據(jù)分子式,，通過計算不飽和度u,，就可初步判斷有機化合物的類型。
2.確定特征官能團
由繪制的紅外吸收譜圖來確定樣品含有的官能團,，并推測其可能的分子結(jié)構(gòu),。
按官能團吸收峰的峰位順序解析紅外吸收譜圖的一般方法如下：
(1)查找羰基吸收峰vC=O 1900～1650cm-1是否存在，若存在,，再查找下列羰基化合物,。
?、亵人岵檎襳O-H 3300～2500cm-1寬吸收峰是否存在。
?、谒狒檎襳C=O 1820cm-1和1750cm-1的羰基振動耦合雙峰是否存在,。
③酯查找vC=O 1300～1100cm-1的特征吸收峰是否存在,。
?、荃０凡檎襳N-H 3500～3100cm-1的中等強度的雙峰是否存在。
⑤醛查找
官能團vC-H和δC-H倍頻共振產(chǎn)生的2820cm-1和2720cm-1兩個特征雙吸收峰是否存在,。
?、尥舨檎乙陨细鞴倌軋F的吸收峰都不存在，則此羰基化合物可能為酮,，應(yīng)再查找vas,C-C-C在1300～1000cm-1存在的一個弱吸收峰,，以便確認(rèn)。
(2)若無羰基吸收峰,，可查找是否存在醇,、酚、胺,、醚類化合物,。
①醇或酚 查找vO-H 3700～3000cm-1的寬吸收峰及vC-O和δO-H相互作用在1410～1050cm-1的強特征吸收峰,，以及酚類因締合產(chǎn)生的γO-H 720～600cm-1寬譜帶吸收峰是否存在。
?、诎?查找vN-H 3500～3100cm-1的兩個中等強度吸收峰和δN-H 1650～1580cm-1的特征吸收峰是否存在,。
③醚 查找vC-O 1250～1100cm-1的特征吸收峰是否存在,，并且沒有醇,、酚vO-H 3700～3000cm-1的特征吸收峰。
(3)查找烯烴和芳烴化合物,。
?、傧N 查找vC=C 1680～1620cm-1強度較弱的特征吸收峰及vC=C-H在3000cm-1以上的小肩峰是否存在。
?、诜紵N 查找vC=C 在1620～1450cm-1出現(xiàn)的4個吸收峰,，其中1450cm-1為弱吸收峰;其余3個吸收峰分別為1600cm-1, 1580cm-1和1500cm-1。以1500cm-1吸收峰較強,，1600cm-1吸收峰居中,，1580cm-1吸收峰弱，并常被1600cm-1處吸收峰掩蓋而成肩峰,。因此1500cm-1和1600cm-1雙峰是判定芳烴是否存在的依據(jù),。此外還可查找v C=C-H在3000cm-1以上低吸收強度的小肩峰是否存在。
(4)查找炔烴、氰基和共軛雙鍵化合物,。
?、偃矡N 查找vC=C 2200～2100cm-1的尖銳特征吸收峰和vC=C-H 3300～3100cm-1的尖銳的特征吸收峰是否存在。此吸收峰易與其它不飽和烴區(qū)分開,。
?、谇杌?查找vC≡N 2260～2220cm-1特征吸收峰是否存在。
?、酃曹楇p鍵 查找vC=C=C 1950cm-1特征吸收峰是否存在,。
(5)查找烴類化合物查找甲基-CH3, vC-H在2960cm-1(vas)和2870cm-1 (vs) 2個吸收峰;亞甲基-CH2-,vC-H在2925cm-1(vas)和2850cm-1(vs)的2個吸收峰;甲基和亞甲基的δC-H(as)在1460cm-1的吸收峰;甲基的δC-H(s)在1380cm-1的吸收峰;4個以上亞甲基的φ-CH2-在722cm-1吸收峰(它隨CH2個數(shù)減少，吸收峰向高波數(shù)方向移動);亞甲基-CH2-,，γC-H在910cm-1的強吸收峰;次甲基
,γC-H在995cm-1的強吸收峰,。
上述諸多吸收峰是否存在，可作為判定烴類存在與否的依據(jù),。
對一般有機化合物,，通過以上解析過程，再查閱譜圖中其它光譜信息,，與文獻(xiàn)中提供的官能團特征吸收頻率相比較,，就能比較滿意地確定被測樣品的分子結(jié)構(gòu)。
3.譜圖解析結(jié)果的確證
當(dāng)譜圖解析確定了樣品組成后,，還要查閱標(biāo)準(zhǔn)紅外吸收光譜圖,，進(jìn)行對比，以確證解析結(jié)果的正確性,。
現(xiàn)有3種標(biāo)準(zhǔn)紅外吸收譜圖,，即薩特勒紅外標(biāo)準(zhǔn)譜圖集(Sadtler catalog of infrared standard spectra)、分子光譜文獻(xiàn)(documentation of molecular spectroscopy, DMS)穿孔卡片和Aldrich紅外光譜庫(the Aldrich litrary of infrared spectra),。
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(jié)構(gòu),。
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(huán)。
(2)譜圖解析
?、儆勺V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,、酰胺,、醛和酮,。
②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。
?、郯床〝?shù)自高至低的順序,，對吸收峰進(jìn)行解析。首先由3075cm-1出現(xiàn)小的肩峰說明存在烯烴vC-H伸縮振動,，在1640cm-1還出現(xiàn)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。
?、茉?000～2800cm-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(shù)目大于-CH3的數(shù)目，從而推斷此化合物為一直鏈烯烴,。在715 cm-1出現(xiàn)的小峰,，顯示-CH2-的面內(nèi)搖擺振動δ-CH2-，也表明長碳鏈的存在,。
⑤在980cm-1,、915cm-1的稍弱吸收峰為次甲基
和亞甲基
產(chǎn)生的面外彎曲振動γC-H,。
?、拊?460cm-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C-H(s),，其強度很弱,，表明-CH3的數(shù)目很少。
由以上解析可確定此化合物為1-十二烯,，分子式為
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(jié)構(gòu)。
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
?、儆勺V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,、酰胺、醛和酮,。
?、谠?500～3100cm-1未出現(xiàn)vN-H的中強度雙峰，表明無銨存在;但在3350cm-1出現(xiàn)強吸收的寬峰表明存在vO-H伸縮振動,，其已移向低波數(shù)表明存在醇的分子締合現(xiàn)象,。
③在2960cm-1,、2920cm-1,、2870cm-1吸收峰，表明存在-CH3,、-CH2-的伸縮振動vC-H,。
④1460cm-1吸收峰,，表明存在-CH3,、-CH2-的不對稱剪式振動δC-H(as)。
?、?380cm-1,、1370cm-1的等強度雙峰，表明存在C-H的面內(nèi)彎曲振動δC-H,，其為異丙基分裂現(xiàn)象,。
⑥1300～1000cm-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,?？纱_定其為異丁醇，分子式為
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(jié)構(gòu)。
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(huán)和雙鍵(或環(huán)烷烴),。
(2)譜圖解析
?、僭?680cm-1呈現(xiàn)vC=O的強吸收峰，可能為羧酸,、酸酐,、酯、酰胺,、醛,、酮等化合物。因分子式中無氮,，可排除酰胺;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。
由于在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,。
?、?600cm-1、1580cm-1,、1500cm-1處的3個吸收峰是苯環(huán)骨架伸縮振動vC=C的特征,，表明分子中有苯環(huán)。
?、墼?265cm-1呈現(xiàn)的強吸收峰為芳酮特征,，其為羰基和芳香環(huán)的耦合吸收峰。
?、茉?000cm-1以上僅有微弱的吸收峰,，表明分子中僅含少量的-CH3或-CH2-。
?、菰?000～1700cm-1僅有微弱的吸收峰,，其為γC-H面外伸縮振動，是苯衍生物的特征峰,。
?、?380cm-1吸收峰,，表明有-CH3的面內(nèi)彎曲振動(對稱剪式振動)δC-H(s) ,。
⑦900～650cm-1的吸收峰,，為苯環(huán)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，分子式為
,。
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(jié)構(gòu)。
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
①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,、酰胺、醛和酮,。
?、谟?330cm-1和3240cm-1出現(xiàn)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(xiàn)δN-H的特征中等強度寬峰,，在1072cm-1呈現(xiàn)vC-N弱吸收峰和在830cm-1呈現(xiàn)的γN-H寬吸收峰，都進(jìn)一步確證此化合物為胺類,。
?、墼?000～2800cm-1出現(xiàn)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1473 cm-1出現(xiàn)強峰為-CH3,、-CH2-面內(nèi)彎曲振動δas,C-H;在1382 cm-1出現(xiàn)中等強度的單峰為-CH3面內(nèi)彎曲振動δs,C-H;在723cm-1出現(xiàn)的中強吸收峰，為4個以上-CH2-直接聯(lián)結(jié)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(jié)構(gòu)。
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
?、僮V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，并在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,。
②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。
?、墼?680～1620cm-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,。
?、茉?900～2800cm-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-,。
⑤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
,。
(空格分隔,最多3個,單個標(biāo)簽最多10個字符)
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