苯甲醇分子结构的红外光谱吸收法测定课程： 波谱分析 指导老师： 张万生 姓名： 狐志超 赵文强年级： 2012 级 专业： 生物工程 红外光谱测定有机化合物的结构【摘要】：红外吸收光谱是目前在有机化合物的结构研究中以及药物合成及鉴定等工作中,广泛应用的吸收光谱。其优点在于所需样品量少(12 毫克),操作简便,费时间短(23 小时),就能得出满意的结果。在我国这种方法已开始普遍应用。本文拟对应用这种光谱测定化合物结构时所经常遇到的一些问题做简短的介绍。紅外吸收光谱产生的一般原理分子吸收具有不同能量的光子后,变成分子振动的能量、转动的能量及电子跃迁所需要的能量,因此显示出三类光谱:振动光谱、转动光谱及电子光谱。因为转动能量较低,【关键词】：有机化合物 结构测定 化合物结构 红外光谱一、目的要求(1)学习用红外吸收光谱进行化合物的定性分析，(2)掌握用压片法制作固体试样晶片的方法；(3)熟悉红外分光光度仪的工作原理及其使用方法。二、实验原理当一定频率（一定能量）的红外光照射分子时，如果分子某个基团的振动频率和外界红外辐射频率一致，二者就会产生共振。此时，光的能量通过分子偶极矩的变化传递给分子，这个基团就吸收一定频率的红外光，产生振动跃迁（由原来的基态跃迁到了较高的振动能级） ，从而产生红外吸收光谱。如果红外光的振动频率和分子中各基团的振动频率不一致，该部分红外光就不会被吸收。用连续改变频率的红外光照射某试样，将分子吸收红外光的情况用仪器记录下来，就得到试样的红外吸收光谱图。由于振动能级的跃迁伴随有转动能级的跃迁，因此所得的红外光谱不是简单的吸收线，而是一个个吸收带 。在化合物分子中，具有相同化学键的原子基团，其基本振动频率吸收峰(简称基频峰)基本上出现在同一频率区域内，例如，CH3(CH2)5CH3、CH 3(CH2)4CN 和 CH3(CH2)5CH=CH2等分子中都有-CH3，-CH 2-基团，它们的伸缩振动基频峰与图 1 CH3(CH2)6CH3分子的红外吸收光谱中-CH 3，-CH 2-基团的伸缩振动基频峰都出现在同一频率区域内，即在3000cm -1波数附近，但又有所不同，这是因为同一类型原子基团，在不同化合物分子中所处的化学环境有所不同，使基频峰频率发生一定移动，例如-CO 基团的伸缩振动基频峰频率一般出现在 18501860cm -1范围内，当它位于酸酐中时，nC=O 为18201750cm -1、在酯类中时，为 17501725cm -1；在醛中时，为17401720cm -1；在酮类中时，为 172517l0cm -l;在与苯环共轭时，如乙酞苯中 nC=O 为 16951680cm -1，在酰胺中时，nC=O 为 1650cm-1等。因此，掌握各种原子基团基频蜂的频率及其位移规律，就可应用红外吸收光谱来确定有机化合物分子中存在的原子基团及其在分子结构中的相对位置。苯甲酸分子中各原子基团的基频峰如下图：原子基团的基本振动形式 基频峰的频率 /cm -1nC-H(Ar 上) 3077,3012n C=C(Ar 上) 1600,1582,1495,1450dC-H(Ar 上邻接五氢) 715,690n O-H(形成氢键二聚体) 30002500(多重峰)d O-H 935n C=O 1400d C-O-H(面内弯曲振动) 1250本实验用溴化钾晶体稀释苯甲酸试样，研磨均匀后，压制成晶片，测绘试样的红外吸收光谱。三.实验仪器及试剂仪器: 红外傅利叶红外光谱仪、粉未压片机、玛瑙研钵、快速红外干燥试剂: KBr(A.R.) 苯甲酸(G.R.)四、实验步骤1. 固体试剂苯甲酸的红外吸收谱图的绘制（1）取干燥的苯甲酸试样 12mg 置于玛瑙研钵中充分磨细，再加入 150mg 干燥的 KBr 研磨至完全混匀，颗粒粒度约为 2m。（2）取出约 100mg 混合物装入干净的压模内，置于压片机上，在 80MP 压力下压 8min，制成透射比超过 40%的透明试样薄片。（3）将试样薄片装在试样架上，插入红外光谱仪试样池的光路中，用纯 KBr 薄片为参比片。按仪器操作方法从 4000cm-1 扫谱至650cm-1。（4）扫谱结束后，取下试样架，取出薄片，按要求将模具、试样架等檫净收好。五、结果与分析苯甲酸的红外光谱图的红外谱图如下：（1）官能团区1.在 1600cm-11581cm -1，1419cm -11454cm -1内出现四指峰，由此确定存在单核芳烃 C=C 骨架，所以存在苯环。2.在 20001700cm -1之间有锯齿状的倍频吸收峰，所以为单取代苯。3.在 1683cm-1存在强吸收峰，这是羧酸中羧基的振动产生的。4.在 32002500cm -1区域有宽吸收峰，所以有羧酸的 O-H 键伸缩振动。（2）在指纹区700cm-1左右的 705cm-1和 667cm-1为单取代苯 CH 变形振动的特征吸收峰；六、问题讨论 (1)用压片法制样时,为什么要求将固体试样研磨到颗粒粒度约为 2 m 左右? 答:红外吸收光谱法是以一定波长的红外光照射物质时,若该红外光的频率能满足物质分子中某些基团振动能级的跃迁频率条件,则该分子就吸收这一波长红外光的辐射能量,引起偶极矩的变化,而由基态振动能级跃迁到较高能量的激发态振动能级.检测物质分子对不同波长红外光的吸收强度,就可以得到该物质的红外吸收光谱,如果固体颗粒过大将严重影响红外线的透过,从而干扰实验结果的准确性.(2) 用溴化钾压片法制样时,对试样的制片有何要求?答:在制样时,尽量避免引入杂质,并掌握好样品与 KBr 的比例以及锭片的厚度,以得到一个质量好的透明的锭片.(3) 在测定固体红外谱图时,如果没有把水分完全除去,对实验结果有什么影响?答:水本身有红外吸收,会严重干扰样品谱,而且会侵蚀吸收池的盐窗.(4)在用红外光谱测定和分析物质结构时,对谱图进行解析应遵循哪些规则? 答:谱图解析步骤如下:先特征,后指纹;先最强峰,后次强峰;先粗查,后细找;先否定,后肯定,一抓一组峰.光谱解析先从特征区第一强峰下手,确认可能的归属,然后找出与第一强峰相关的峰.第一强峰确认后,再一次解析特征区的第二强峰、第三强峰,方法同上.对于简单的光谱,一般解析一两组相关峰即可确定未知物的分子结构.对于复杂化合物的光谱由于官能团的相互影响,解析困难,可粗略解析后,查对标准光谱或进行综合光谱解析.七注意事项1.KBr 应干燥无水,固体试样研磨和放置均应在红外灯下,防止吸水变潮;KBr 和样品的质量比约在 100200:1 之间.2.可拆式液体池的盐片应保持干燥透明,切不可用手触摸盐片表面;每次测定前后均应在红外灯下反复用无水乙醇及滑石粉抛光,用镜头纸擦拭干净,在红外灯下烘干后,置于干燥器中备用.盐片不能用水冲【参考文献】1 尼高力FT IR 中国用户协会编. 傅立叶变换红外光谱技术及应用研讨会论文集(三、四) C . 北京: 建材工业出版社, 1999.2 林水水, 吴平平等. 实用傅立叶变换红外光谱学M . 北京: 中国环境科学出版社, 1991.3 周翠薇, 朱卫, 戴庆平等. 硫化胶制样技术对红外光谱分析的影响J . 橡胶工业, 1994, 41: 97102.4 林德娟, 潘海波等. 纳米固体超强酸SO2-4Fe2O3 的红外光谱研究J . 光谱学与光谱分析, 2000, 10 (5) : 616618.5 J Hong , S. - H. Application of analytic method of spectrum in organic chemistry J Science Press, Beijing, 1981, 36.6 Jiehan HU. Spectroscopy and Spectral Analysis, 2001. 21( 2) : 163.