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利用紅外吸收光譜進(jìn)行有機(jī)化合物定性分析可分為兩個方面：

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一是官能團(tuán)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(tuán)，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)。?

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計算不飽和度

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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。

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為此應(yīng)盡可能獲取樣品的有機(jī)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(jī)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)。

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計算不飽和度u的經(jīng)驗公式為：

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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。

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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)。

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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(jī)化合物的類型。

確定特征官能團(tuán)

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由繪制的紅外吸收譜圖來確定樣品含有的官能團(tuán)，并推測其可能的分子結(jié)構(gòu)。

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按官能團(tuán)吸收峰的峰位順序解析紅外吸收譜圖的一般方法如下：

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(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。

① 羧酸查找vO-H?3300～2500cm-1寬吸收峰是否存在。

② 酸酐查找vC＝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。

④ 酰胺查找vN-H?3500～3100cm-1的中等強(qiáng)度的雙峰是否存在。

⑤ 醛查找官能團(tuán)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。

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⑥ 酮若查找以上各官能團(tuán)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1300～1000?cm^-1存在的一個弱吸收峰，以便確認(rèn)。

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(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?3700～3000 cm^-1的寬吸收峰及vC-O和δO-H相互作用在1410～1050 cm^-1的強(qiáng)特征吸收峰，以及酚類因締合產(chǎn)生的γO-H?720～600?cm^-1寬譜帶吸收峰是否存在。

② 胺 查找vN-H?3500～3100?cm^-1的兩個中等強(qiáng)度吸收峰和δN-H?1650～1580 cm^-1的特征吸收峰是否存在。

③ 醚 查找vC-O?1250～1100 cm^-1的特征吸收峰是否存在，并且沒有醇、酚vO-H?3700～3000 cm^-1的特征吸收峰。

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(3) 查找烯烴和芳烴化合物

① 烯烴 查找vC=C?1680～1620?cm^-1強(qiáng)度較弱的特征吸收峰及vC=C-H在3000?cm^-1以上的小肩峰是否存在。

② 芳烴 查找vC=C?在1620～1450?cm^-1出現(xiàn)的4個吸收峰，其中1450?cm^-1為最弱吸收峰；其余3個吸收峰分別為1600?cm^-1, 1580?cm^-1和1500?cm^-1。以1500?cm^-1吸收峰最強(qiáng)，1600?cm^-1吸收峰居中，1580?cm^-1吸收峰最弱，并常被1600?cm^-1處吸收峰掩蓋而成肩峰。因此1500?cm^-1和1600?cm^-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3000?cm^-1以上低吸收強(qiáng)度的小肩峰是否存在。

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(4) 查找炔烴、氰基和共軛雙鍵化合物。

① 炔烴 查找 vC≡C?2200～2100cm^-1的尖銳特征吸收峰和vC≡C-H?3300～3100?cm^-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。

② 氰基 查找 vC≡N?2260～2220cm^-1特征吸收峰是否存在。

③ 共軛雙鍵查找 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2960?cm^-1(vas)和2870?cm^-1?(vs) 2個吸收峰；

亞甲基－CH2－,vC-H在2925?cm^-1(vas)和2850?cm^-1(vs)的2個吸收峰；

甲基和亞甲基的δC-H(as)在1460?cm^-1的吸收峰；

甲基的δC-H(s)在1380?cm^-1的吸收峰；

4個以上亞甲基的φ-CH2-在910?cm^-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910?cm^-1的強(qiáng)吸收峰；

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次甲基, γC-H在995?cm^-1的強(qiáng)吸收峰。

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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)。

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對一般有機(jī)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(tuán)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)。

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譜圖解析結(jié)果的確證

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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。

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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 infraredspectra)。

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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)。

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圖1未知物C12H24紅外光譜圖

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解：

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(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)。

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(2) 譜圖解析

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① 由譜圖可看到在1900～1650?cm^-1無vC=O的強(qiáng)吸收峰，在1300～1000?cm^-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。

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② 在3700～3000?cm^-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1250～1100?cm^-1無vC-O吸收峰，分子式中無氧，表明其也不是醚類化合物。

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③ 按波數(shù)自高至低的順序，對吸收峰進(jìn)行解析。首先由3075?cm^-1出現(xiàn)小的肩峰說明存在烯烴vC-H伸縮振動，在1640?cm^-1還出現(xiàn)強(qiáng)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。

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④ 在3000～2800?cm^-1的吸收峰表明有-CH3、-CH2-存在，在2960?cm^-1、2920?cm^-1、2870?cm^-1、2850?cm^-1的強(qiáng)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。

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⑤ 在980?cm^-1、915?cm^-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。

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⑥ 在1460?cm^-1吸收峰為-CH3、-CH2-的不對稱剪式振動δC-H(as)?；1375?cm^-1為-CH3的對稱剪式振動δC-H(s)，其強(qiáng)度很弱，表明-CH3的數(shù)目很少。

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由以上解析可確定此化合物為1-十二烯.

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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)。

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圖2未知物C4H10O的紅外光譜圖

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解：

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(1) 由分子式計算它的不飽和度：，表明其為飽和化合物。

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(2) 譜圖解析

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① 由譜圖可看到1900～1650?cm^-1無vC=O的強(qiáng)吸收峰，在1300～1000cm-1無vas, C-C-C的弱吸收峰，但有強(qiáng)吸收峰，可初步判定此化合物不是羧酸、酸酐、酯、酰胺、醛和酮。

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② 在3500～3100?cm^-1未出現(xiàn)vN-H的中強(qiáng)度雙峰，表明無銨存在；但在3350?cm^-1出現(xiàn)強(qiáng)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。

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③ 在2960?cm^-1、2920?cm^-1、2870?cm^-1吸收峰，表明存在-CH3、-CH2-的伸縮振動vC-H。

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④1460?cm^-1吸收峰，表明存在-CH3、-CH2-的不對稱剪式振動δC-H(as)。

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⑤1380?cm^-1、1370?cm^-1的等強(qiáng)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。

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⑥1300～1000?cm^-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。

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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。

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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)。

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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)。

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(2) 譜圖解析

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① 在1680?cm^-1呈現(xiàn)vC=O的強(qiáng)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3300～2500?cm^-1，無vO-H的寬吸收峰，可排除羧酸；在2820?cm^-1和2720?cm^-1無vC-H和δC-H倍頻共振的雙吸收峰，可排除醛；在1830?cm^-1和1750?cm^-1無vC=O的羰基振動耦合雙峰，可排除酸酐。

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由于在1200～1000?cm^-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。

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② 1600?cm^-1、1580?cm^-1、1500?cm^-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)。

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③ 在1265?cm^-1呈現(xiàn)的強(qiáng)吸收峰為芳酮特征，其為羰基和芳香環(huán)的耦合吸收峰。

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④ 在3000?cm^-1以上僅有微弱的吸收峰，表明分子中僅含少量的-CH3或-CH2-。

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⑤ 在2000～1700?cm^-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。

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⑥ 1380?cm^-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)?。

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⑦ 900～650?cm^-1的吸收峰，為苯環(huán)C-H面外彎曲振動γC-H，750?cm^-1、690?cm^-1的2個強(qiáng)吸收峰，表明化合物為單取代苯。

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由以上解析可知，此化合物為苯乙酮。

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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。

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(2) 譜圖解析

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圖4未知化合物C6H15N的紅外光譜圖

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① 譜圖中在1900～1650?cm^-1無vC=O的強(qiáng)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。

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② 由3330?cm^-1和3240?cm^-1出現(xiàn)vN-H的2個中等強(qiáng)度吸收峰，可初步判斷它可能為胺類。在1606?cm^-1呈現(xiàn)δN-H的特征中等強(qiáng)度寬峰，在1072?cm^-1呈現(xiàn)vC-N弱吸收峰和在830?cm^-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。

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③ 在3000～2800?cm^-1出現(xiàn)的分裂的強(qiáng)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(qiáng)峰為-CH3、-CH2-面內(nèi)彎曲振動δas,C-H；在1382 ?cm^-1出現(xiàn)中等強(qiáng)度的單峰為-CH3面內(nèi)彎曲振動δs,C-H；在723?cm^-1出現(xiàn)的中強(qiáng)吸收峰，為4個以上-CH2-直接聯(lián)結(jié)時的平面搖擺振動φCH2。

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由以上解析，可確定此化合物為正己胺，分子式為CH3(CH2)5NH2。

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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)。

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圖5未知物C6H10O2的紅外光譜圖

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解：

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(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。

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(2) 譜圖解析

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① 譜圖中在1900～1650cm-1有一個vC=O的強(qiáng)吸收峰，且分子有2個氧原子，并在1300～1100?cm^-1有一vC-O強(qiáng)吸收峰，表明其為典型的羧酸酯類化合物。

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② 在2200～2100?cm^-1無vC≡C的尖銳吸收峰，在3300～3100?cm^-1無vC≡C-H的尖銳吸收峰，表明其不是炔類化合物。

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③ 在1680～1620?cm^-1有強(qiáng)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。

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④ 在2900～2800cm-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-。

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⑤ 在1460?cm^-1有弱吸收峰，為甲基和亞甲基的δC-H(as)吸收峰；在1380?cm^-1吸收峰為甲基δC-H(s)。吸收峰；在910?cm^-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