阿司匹林的合成及红外光谱表征-综合化学实验

阿司匹林的合成及红外光谱表征
阿司匹林的制备见《化学实验》（上册）（方宾，王伦主编）116页。

一、实验目的与要求
1．掌握阿司匹林的制备原理
2．巩固回流、抽滤、重结晶、熔点测定等操作技能。

3．掌握红外光谱法进行物质结构分析的基本原理，能够利用红外光谱鉴别观能团，并根据官能团确定未知组分的主要结构。

4．了解傅立叶红外光谱仪的结构和工作原理。

5．掌握红外光谱仪的使用方法，学会固体样品的制备方法。

二、实验原理
1．什么是红外辐射？
1800年，英国天文学家赫谢尔测量太阳光可见区内外温度，发现红色光以外部分温度比可见光还要高，这部分的电磁波波长范围是0.76－0.8 µm至1 mm，这就是红外辐射。

2．辐射产生的原因。

电磁波与分子相互作用时产生能级跃迁，产生吸收光谱，退激产生光辐射：电子能级跃迁－紫外、可见吸收和荧光辐射光谱；
振动能级跃迁－红外光谱和拉曼散射光谱；
转动能级跃迁－远红外光谱和转动拉曼光谱。

下面是能级跃迁示意图：
红外光谱研究是转动和转动能级跃迁的吸收光谱，对应于波长为0.78－1000
µ
µπλνµπνk k c k h h E 130721
1
2=====∆µm 电磁波，或者说波数为12800－10 cm -1。

6．红外光谱的基本原理。

（1）红外光谱起源于分子中化学键的振动，属于分子光谱中的振动光谱；
（2）红外吸收谱带的位置（波数cm -1）对应分子振动的能级跃迁的能级差；红外吸收谱带强度反映能级跃迁的几率；
（3）红外光在电磁波谱中的波数范围：
近红外：12800～4000 cm -1（0.78～2.5 µm ）；
中红外：4000～400 cm -1（2.5～25 µm ）；
远红外：400～10 cm -1（25～1000 µm ）。

（4）红外光谱与拉曼光谱的区别；
红外光谱与拉曼光谱同属于分子振动光谱，二者互相补充：红外光谱的产生与分子偶极矩有关，极性分子或基团红外灵敏，如羰基C=O 等；拉曼光谱与诱导偶极矩（即分子极化度）有关，分极性分子或基团拉曼灵敏，如CCl 4等。

（5）分子振动方程式
双原子分子振动时吸收能量的电磁波波数可以用下式计算：
µ：折合质量 µ =m 1m 2/（m 1+m 2）
K ：化学键力常数
C ：光速
（6）红外光谱的基团频率
根据分子振动方程式，可以计算各种基团振动时红外吸收的电磁波波数，同一官能团的红外特征吸收峰位在不同的化合物中变化不大，因此可以利用红外光谱对化合物的结构进行分析。

下面是特征性基团红外吸收的波数范围：
（7）傅立叶红外光谱仪
光谱仪有两种类型，即色散型和干涉型。

普通色散型红外光谱仪用棱镜或衍射光栅进行分光，干涉型红外光谱仪用干涉仪代替色散装置，形成一干涉光速通过样品，得到带有样品信息的干涉图样，经过计算机转换，显示出可以识别的红外谱图。

傅立叶红外变化红外光谱仪（FT-IR ）就是这样的仪器。

下图是FT-IR 的方框图：
（8）傅立叶红外光谱仪的结构和特点
与色散型红外光谱仪不同，FT-IR不需要色散元件，主要由光源、迈克尔逊干涉仪、检测器、计算机和记录仪构成。

与色散型红外光谱仪比较，主要有以下优点：高分辨率；高的波数精度；高灵敏度；宽的光谱范围；快的扫面速度。

三、实验仪器与试剂
7．仪器傅立叶变换红外光谱仪（FTIR－8400S），压片机，玛瑙研钵。

8．试剂KBr（A.R），合成样品（合成步骤参见《化学实验》（上册）P116）。

四、实验步骤
1．开机及启动软件（先开主机，在开计算机）；
2．样品制备（KBr压片法）；
3．测定；
4．查询标准谱图库，初步判断化合物结构。

五、实验结果与讨论
1．根据乙酰水杨酸红外谱图进行图谱分析，分别指出3300～2500 cm-1处的宽带、1754 cm-1、1691 cm-1、1606 cm-1、1574 cm-1、1485 cm-1、1308 cm-1、1189 cm-1以及756 cm-1等吸收峰的归属。

2．标准的乙酰水杨酸红外谱图对照，指出相似度有多大。

六、实验注意事项
1. 合成样品应充分干燥，与KBr压片时在红外灯下充分研磨均匀。

2. 仪器使用前必须检查干燥剂，若变色硅胶变红应及时更换。

3. 实验应在空气湿度小于70％的条件下进行，应在仪器开启后再开实验室中空调，结束时应先关闭空调再关闭仪器。

七、思考题
1. 傅立叶变换红外光谱仪采用干涉仪有什么好处，为什么近年来才得到广泛应用。

2. 傅立叶变换红外光谱仪可以做液体、气体以及薄膜样品吗？需要哪些附件？
八、参考文献
1．L.G. Wade JR., Organic Chemistry, fifth edition, Pearson Education, Inc.
2．林树昌，曾永淮，仪器分析，北京：高等教育出版社，1994.
3．FTIR-8400S简易操作手册，岛津国际贸易（上海）有限公司.。