有机波谱分析红外光谱测定固体有机化合物的结构

实验二、红外光谱测定固体有机化合物的结构

【实验目的】

1. 掌握有机化合物红外光谱的测定技术和解析方法

2. 熟悉有机化合物红外光谱的样品制备技术及傅立叶红外光谱仪器的构造和工作原理

3. 了解红外光谱仪器性能指标的检查

4. 学会用红外光谱法区分丁二烯的两种几何异构体。

【实验原理】

红外光谱在化学领域中主要用于分子结构的基础研究（测定分子的键长、键角等）以及化学组成的分析（即化合物的定性定量），但其中应用最广泛的还是化合物的结构鉴定，根据红外光谱的峰位、峰强及峰形，判断化合物中可能存在的官能团，从而推断出未知物的结构。有共价键的化合物（包括无机物和有机物）都有其特征的红外光谱，除光学异构体及长链烷烃同系物外，几乎没有两种化合物具有相同的红外吸收光谱，即所谓红外光谱具有“指纹性”，因此红外光谱法用于有机物的结构测定和鉴定是最重要的方法之一。

傅立叶变换红外光谱仪实物图

1：底座；2：样品底座（硅碳钢圆柱）；3：压片框架；4：保护外套；5：弹簧； 6：模压杆；7：模压底座；8：模压冲杆

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压片机构造图

区分烯烃顺、反异构体，常常借助于位于1000~650 cm-1 范围的YC-H 谱带。烷基型烯烃的顺式结构出现在730~675cm-1，反式结构出现在~960 cm-1。当取代变化时，顺式结构峰变化大，反式结构峰基本不变，因此在确定异构体时十分有用。除上述谱带外，对于丁烯二酸，位于1710~1580 cm-1范围的光谱特征。

顺丁烯二酸和反丁烯二酸的区别，是分子中两个羧基相对于双键的几何排列不同。顺丁烯二酸分子结构对称性差，加之双键和羰基共轭，在~1600 cm-1出现很强的Vc=c谱带；反丁烯二酸分子结构对称性强，双键位于对称中心，其伸缩振动无红外活性，在光谱中分析不到吸收谱带。另外，顺丁烯二酸只能生成分子间氢键，其羰基谱位于1705cm-1 接近Vc=c 羰基频率的正常值；而反丁烯二酸能生成分子内氢键，其羰基谱带移至1680cm-1.因此，利用这一区间谱带可以很容易地将两种几何异构体区分开来。

【实验仪器和试剂】

仪器：傅立叶变换红外光谱仪，红外专用压片机，压片模具，玛瑙研体。

试剂：阿司匹林，分析纯KBr粉末，苯甲酸，苯甲酸钠，甘氨酸。

【实验步骤】

1、红外光谱仪的性能检查

选择合适的实验测定参数，以空气为背景进行空白测定，然后放聚苯乙烯薄膜于样品光路上，绘制聚苯乙烯薄膜的红外吸收光谱（见图）。

图聚苯乙烯薄膜的红外吸收光谱

规定标准: 按照2010年版中国药典附录31中规定执行。

2、阿司匹林红外光谱的测定

（1）试样制备（采用压片法）

称取干燥的阿司匹林试样约1mg置于玛瑙研钵中，加入干燥的KBr粉末约200mg,研磨混匀。将研磨好的物料加到专用红外压片模具（φ13mm）中铺匀，合上模具置压片机上加压至10 tons左右,约2～3min.取出装入样品架上待测。

（2）图谱绘制

1、接通电源，开启稳压器，电压指示应为220V；

2、待输出电压稳定后，打开计算机和打印机电源；

3、开启主机电源开关，指示灯亮，表示电源已接通；

4、双击计算机操作软件图标，待自检完毕后，点击“OK”；

5、放置样品；

6、点击“Start”，进行样品测定；根据需要选择参数进行图谱相应的处理；

7、打印谱图；

8、关闭计算机操作软件程序；

9、关闭主机电源，关闭计算机、打印机；

10、关闭稳压器开关及拔掉电源。

3、按照上述步骤，分别绘制并解析阿司匹林、苯甲酸、甘氨酸的红外图谱。

4、按照上述步骤，分别绘制顺反丁二烯酸的红外谱图，并区分丁二烯酸的两种几何异构体。【实验结果与分析】

分析所测谱图，根据绘制出的试样红外吸收峰的频率鉴定试样的官能团及化合物结构。图谱解析示例

图阿司匹林的红外吸收光谱

阿司匹林化学名为2-（乙酰氧基）苯甲酸 其结构式为： O

O OH

CH 3O

主要官能团的归属（标出峰的特点及所处波数大小）

羧基：υ

O-H υC=O υC-O δOH γOH 酯基：υ

C=O υas C-O-C υs C-O-C 苯环：υ

φH υC=C δφH γφH 甲基：γ

CH 3 δas CH 3

【注意事项】

1. 试样纯度应在98%以上，不纯会给解析图谱带来困难，有时会造成误诊，事先应尽量采用各种分离手段来制纯样品，样品应干燥。

2. 试样的制备可根据样品的状态而定

① 对于固体样品，通常采用压片法，个别采用糊法。

② 对于液体样品，不易挥发的粘度大的，可用液膜法直接涂在空白片上绘制图谱；易挥发的可采用夹片法，把液体样品适量的均匀地涂在两个KBr 片之间，使成1~50×10-4cm,厚的液层，再将两个KBr 片放于支架中绘制图谱。

3. 在压片制样过程中，物料必须磨细并混合均匀，加入模具中需均匀平整，否则不易获得透明均匀的片子。溴化钾极易受潮，因此制样操作应在低湿度环境中或在红外灯下进行。

4. 空白片通常采用KBr 为分散剂，当被测样品为盐酸盐类物质时，应采用KCl ，避免发生离子交换现象，使指纹区图谱发生改变。

5. 用无水乙醇及时清洗玛瑙研钵、模具、不锈钢药匙，并且，将它们要彻底烘干后密封保存，防止生锈。

【思考题】

1． 傅立叶变换红外光谱仪比色散型红外分光计在性能上有何特点？

2． 在压片操作中应注意什么？

3． 红外谱图解析的一般过程是什么？