下面举一些红外光谱定性解析的实例。
例2.5.1 一个化合物分子式是C8H8O,红外光谱如图2-56所示,试解释:
①氧在这个化合物中属于哪个官能团类型;②这一化合物是否属于芳香族,是否还含有脂肪族的碳原子;③假若它是一个芳香化合物,是怎样替代的环?
图2-56 化合物C8H8O的红外光谱图
[解析] 根据图谱,可作如下分析。
例2.5.2 一纯的无色液体的IR光谱如图2-57所示,沸点为196℃,试确定该样品的结构。
图2-57 纯的无色液体的红外光谱图
[解析] 在1450~1600cm-1范围内有四个吸收峰是芳香系统的特征,3100cm-1处的峰为C—H伸缩振动。对于芳香系统,此峰一般都在3000cm-1以上,而脂肪族C—H伸缩振动则在3000cm-1或低于3000cm-1处产生吸收,故该未知物含有芳环。2250cm-1处的锐峰表示有—C≡C—、—C≡CH、—C≡N和SiH。又因—C≡CH基团的νCH约为3250cm-1,所以—C≡CH基团可被排除。
680cm-1和760cm-1处的一对强吸收峰说明芳香环可能是单取代的,满足此红外数据的两个相似的结构可能是C6H5C≡N和C6H5C≡CC6H5。然而,后者在温室下为固体,苯基氰的沸点为191℃,与样品的沸点极为接近,因而,可以得出初步的结论:所分析的化合物为C6H5C≡N 。
例2.5.3 有一纯样品,知其含有N元素,沸点97℃,红外图谱如图2-58所示,试推测其可能的结构式。
图2-58 未知纯样品的红外光谱图
[解析] 在3000cm-1以上无吸收峰,表示无OH、NH、C≡C—H及C═C—H存在,1600cm-1、1500cm-1附近无强吸收,表明不含苯环。2200cm-1的吸收峰表示有C≡N,1430cm-1、1380cm-1、2960cm-1有吸收,表明有—CH3存在。1460cm-1、2920cm-1有吸收,表明有—CH2—存在。根据沸点,确知为丙腈(CH3CN、CH3CH2CN、CH3CH2CH2CN的沸点分别为79℃、97℃、118℃)。
例2.5.4 一种仅含有C、H和O的液体有机化合物(沸点67℃),该物质的稀乙醇溶液在220~440nm区域内无吸收峰。此纯净液体用0.01mm吸收池测得的红外光谱如图2-59所示,从中能得到什么结构信息?
[解析] 紫外区为透明,即可排除存在芳香环和羧基官能团。2800~3100cm-1区域内的吸收带表明可能存在(链)烯烃和(链)烷烃基团。925cm-1、1000cm-1处强峰和1650cm-1处的弱峰说明可能有乙烯基(—CH═CH2)存在,3500cm-1处低而宽的谱带很可能是由于H2O污染引起的。1100cm-1处强吸收带说明存在脂肪醚,1350~1000cm-1区域内一系列峰与分子中烃部分的各种氢的弯曲振动有关。基于此,仅能得出这样的结论:该样品很可能是一种在其结构中有一个乙烯基的脂肪族醚。实际上,该光谱是烯丙基乙醚(CH2═CHCH2OCH2CH3)的光谱图。
例2.5.5 一未知物的分子式为C5H8O2,红外光谱图如图2-60所示,试推测其结构。
[解析] 不饱和度Ω=2表示无芳环存在。
3110cm-1:ν═CH2
2989cm-1,2928cm-1:ν—CH3(www.xing528.com)
图2-59 未知液态有机化合物的红外光谱
图2-60 未知物C5H8O2的红外光谱
1748cm-1:νC═O(乙烯酯一般在1760cm-1)
与脂肪酮比较,普通酯(1735cm-1)的伸缩频率向高波数位移,因氧原子的-I效应大于它的+M效应,故总的效应是吸电子效应。在乙烯酯中,氧的+M效应由于与C═C和C═O两个键的n电子重叠而抵消,其净效应为-I效应,从而增加了羧基的双键特征。
1667cm-1:νC═C,由于与氧共轭而强度增加。
1428cm-1、1368cm-1:CH3和CH2弯曲震动的吸收,和其他乙酸酯一样,较低频率的谱带较强。
1250~1200cm-1:═C—O—C═的反对称伸缩。在乙烯酯中,由于—O—C—O基团中—O—C部分的双键特征减少,而使1230cm-1处的正常“乙酸酯”谱带向低频位移约20cm-1,与上面羧基双键特征增加的解释是一致的。
1027cm-1:═C—O—C═对称伸缩。
868cm-1:═CH2的面外δCH(890cm-1)。
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