实验6 有机化合物的红外光谱分析

有机化合物的红外光谱分析

【实验目的】

1、初步掌握两种基本样品制备技术及傅里叶变换光谱仪器的简单操作；

2、通过谱图解析及网上标准谱图的检索，了解由红外光谱鉴定未知物的一般过程；

3、掌握有机化合物红外光谱测定的制样方法，回顾基础有机化学光谱的相关知识。

【基本原理】

•原理概述：物质分子中的各种不同基团，在有选择地吸收不同频率的红外辐射后，发生振动能级之间的跃迁，形成各自独特的红外吸收光谱。据此，可对物质进行定性和定量分析。特别是对化合物结构的鉴

定，应用更为广泛。

•红外吸收法：

类型：吸收光谱法；

原理：电子的跃迁——电子由于受到光、热、电等的激发，从一个能级转移到另一个能级的现象。这是因为分子中的电子总是处在某一种运动状态中，每一种状态都具有一定的能量，属于一定的能级。当这些

电子有选择地吸收了不同频率的红外辐射的能量，发生振动能级之间的跃迁，形成各自独特的红外吸

收光谱。据此，可对化合物进行定性和定量分析。

条件：分子具有偶极矩。

【仪器与试剂】

1、仪器：傅里叶变换红外光谱仪（德国Bruker公司，TENSOR27型;美国Thermo Fisher公司，Nicolet6700

型）；压片机；玛瑙研钵；红外灯。

2、试剂：KBr晶体，待分析试样液体及固体。

【实验步骤】

1、样品制备

（1）固体样品：KBr压片法——在玛瑙研钵将KBr晶体充分研磨后加入其量5%左右的待测固体样品，混合

研磨直至均匀。在一个具有抛光面的金属模具上放一个圆形纸环，用刮勺将研磨好的粉末移至

环中，盖上另一块模具，放入油压机中进行压片。KBr 压片形成后，若已透明，可用夹具固定

测试；

（2）液体样品：液膜法——取一对NaCl 窗片，用刮勺沾取液体滴在一块窗片上，然后用另一块窗片覆盖在上

面，形成一个没有气泡的毛细厚度薄膜，用夹具固定，即可放入仪器光路中进行测试，此法适

用于高沸点液体样品。（本实验中液膜法采用如下方法制得：制备纯的KBr 压片，然后将待测

液体滴在压片上，然后用夹具固定即可）

2、仪器测试与解析

（1）打开红外光谱测试软件→进入测试对话框→背景测试→样品测试→标峰值→打印谱图→取出样品；

（2）解析谱图，推出可能的结构式。

（3）查阅萨特勒标准谱图集，直至查到与所测试样品红外光谱图完全一致的谱图。

（4）联网用分子式索引查阅顺序为：化合物分子式→化合物英文名称→谱图号→谱图。

【数据处理与实验结果分析】

1、解释谱图中主要吸收峰与官能团的关系，重点写出谱图解释过程。

（1）液体样品：

化学式：C 7H 8O ；

不饱和度：Ω=4，猜测可能有苯环；

谱图解析：发现在3350cm -1附近有较宽的强峰，结合分子式推出有O-H 键；同时在1450-1600cm -1附

近有四个峰（1602cm -1，1584cm -1，1496cm -1，1453cm -1），与苯环的双键特征峰相符

合，1660-2000cm -1可以看到苯环的泛频峰，3064cm -1的峰为苯环的v-CH 峰，再结合在

770-730cm -1（736cm -1）和710-690cm -1（697cm -1）有强峰，推断出为一取代苯；而2874cm -1

的峰与-CH 2-的v-CH 峰符合，最后推出化合物为苯甲醇。谱图中1260-1500cm -1有峰，符合

伯醇的δ-OH 峰、而1071cm-1的峰符合伯醇的v-CO 峰（1000-1070cm -1）可以进一步验证

我们的推论。

图1

苯甲醇的结构式

结合网上分子式索引查阅的的IR 图：可以看出，主要的吸收峰：3350附近的宽峰、苯环C=C、C-H 的峰以及苯环的取代特征峰，伯醇

C-O、C-H 的峰等与我的测量结果匹配的很好。所以基本可以断定是苯甲醇。

图2

网上分子式索引查阅的苯甲醇的IR 图

（2）固体样品：

化学式：C 7H 6O 2；不饱和度：Ω=5，猜测可能有苯环，以及一个C=O 双键；

谱图解析：在1687cm -1处有峰，为二缔合羧酸的C=0峰，在2500-3000cm -1范围内有宽而散的峰，与

羧酸的0H 峰相符，在955-915cm -1内有一羧酸的特征峰（933cm -1）；1450-1600cm -1范

围内有苯环的双键特征峰，3071cm -1与苯环v-CH 的峰相符，666cm -1和707cm -1的峰为苯

环的单取代峰与羧基的C=O 共轭后的结果。推出化合物为苯甲酸。

图3

苯甲酸的结构式

结合网上分子式索引查阅的的IR 图：可以看出，2500-3000cm -1的宽而散的峰，1690cm -1左右的C=O 特征峰，以及苯环特征峰和取代峰都匹配的较好，可以基本认定化合物是苯甲酸。

图4网上分子式索引查阅的苯甲酸的IR 图

2、在红外光谱上注出官能团的特征吸收峰（见最后两页）。

【思考题】

1、为什么测试红外光谱选用KBr、NaCl制样?有何优缺点?

答：优点：KBr在4000-400cm-1波数（这个波段是常用的分析有机物官能团和结构的波段）整个中红外区都没有特征吸收，使用KBr制样可以很大程度上避免背景干扰而得到所测样品真实的红外谱图。

NaCl在4000-600cm-1波数范围内也没有特征吸收，因此用NaCl制样可以得到4000-600波

数范围内背景很小的谱图，有利于分析的准确性；

缺点：NaCl和KBr易受腐蚀，尤其是分析强极性物质如酸、醇、胺等类物质时容易受到腐蚀而造成透明度下降而背景增强等后果；另外对于600-400cm-1波数的无机物等化合物时，使用NaCl

制样会影响实验结果的准确性。

2、用FT-IR仪测试样品为什么要先测试背景？

答：先测试背景是为了在后续测试样品得到的数据中扣除背景：样品室中的物质如二氧化碳、水、残留的测试样品蒸汽等对红外光有吸收，还有即使没有任何吸收仪器本身也会产生一些背景，这些背景会干扰数据分析，因此要先测试背景然后在样品测试过程中扣除背景。

3、如何用红外光谱鉴定饱和烃、不饱和烃和芳香烃的存在？

答：饱和烃的红外光谱很简单，在1200-4000cm-1内只有2900cm-1附近有C−H振动吸收，若遇到这样的谱图，基本可以断定是饱和烃。不饱和烃含有3000cm-1以上的特征吸收峰，根据化合物的分子式，若分子为碳氢化合物而具有一个及以上的饱和度，那么基本可以断定为不饱和烃。芳香烃在

3000-3100cm-1内有特征吸收，并且同时在900-600cm-1有苯环的面外弯曲振动，根据面外弯曲振动的形式可以判定是否为芳香烃以及是什么取代形式的芳香烃。

4、醇类、羧酸和酯类的红外光谱有何区别？

答：a、醇类和羧酸具有活泼氢。在液态下，由于氢键的作用，醇类的活泼氢一般在3200-3400cm-1附近有一个很大的吸收峰；而羧酸则在2500-3300cm-1附近有一个较大的吸收峰。另外，羧酸还有羰

基吸收峰，在1650–1700cm-1之间；在气态（游离态）醇在3580-3650cm-1有较强而尖锐的吸

收峰，而酸在3500cm-1强而尖锐的吸收峰。而酯类没有活泼氢；

b、醇在1000-1200cm-1有碳氧单键特征吸收，羧酸的碳氧单键吸收在1350-1180cm-1，而酯类的

碳氧单键在1000-1300cm-1。酯类的碳氧单键吸收=C−O−C的吸收在1150-1300cm-1左右，常

用来作为酯类的判断依据；