【摘要】 为什么实测材料与文献中材料的峰位有几个或十几个波数的差异,单独通过峰位来进行官能团判别可靠吗?

红外光谱定性分析的三要素是峰位峰强峰形

 

但对于初学红外的同学,往往又很难应用这三个要素进行分析,碰到的困难往往是如下几条:

 

基础困难:

1.为什么实测材料与文献中材料的峰位有几个或十几个波数的差异,单独通过峰位来进行官能团判别可靠吗?

2.红外官能团表中,峰强的集中表达形式:很强,中强,很弱,该怎么把握?

3.峰形?什么是宽峰,什么是尖峰?

进阶困难:

4.相同材料中不同官能团的峰位发生重叠怎么办?

5.不同材料中相同官能团难以区分怎么办

 

接下来的系列推文,我们将针对这几点,由浅到深,专门破解这些难题。

首先,我们将会用几期推文带着大家用红外三要素进行常见官能团的分析;

之后,我们将带大家解决一些进阶的困难。

 

下面是一个简单的官能团峰位表,我们将用几组案例带大家区分O-H,N-H,C=O,C=C等几种常见的官能团。

 

 

2500~2000cm-1主要是CO2的吸收峰,特征明显易于分辨,这里不过多介绍。

 

这一期推文,我们将主要介绍2000~1500 cm-1的几种常见官能团。

 

首先是C=C键,主要分为烯烃和芳香烃两种.虽然都是C=C键,但由于化学键所处结构不同,它们的峰位、峰形和峰强都有很大差别。烯烃中C=C双键峰位一般在1640~1680 cm-1左右,根据取代基和所处化学环境的不同,具体峰位会有所不同。

 

下表是C=C的参考峰位表:

 

 

下面是一些含有C=C双键化合物的实际案例:

 

苯环中C=C一般会出现三个吸收峰,苯环上所连接的取代基及分子链空间结构不同,会改变这三个吸收峰的峰位和相对强度。例如,乙苯和苯乙烯的C=C所连化学键不同,其峰位和峰形存在细微差异。

 

乙苯

 

苯乙烯

 

常见的C=O键可能来源于羧酸-COOH,醛-CHO或酯-CO-CH2-。虽然都是C=O双键,但由于所连接的化学键不同,这三种C=O的吸收峰位存在着明显的差异。

 

下面是常见的C=O的红外峰位表:

 

 

例如乙酸和草酸,分子式中主要官能团都是-COOH,但乙酸中羧酸的取代基为甲基-CH3,而草酸中则为两个羧酸相连,致使不同分子中-COOH所处化学环境不同,两种分子中的C=O双键的峰位和峰形存在着明显的差异。

 

乙酸

 

草酸

 

同样的,甲醛与乙醛,乙酸乙酯与乙酸甲酯中C=O双键的吸收峰峰位也存在着明显的差异,这主要与C=O双键的取代基有关。

 

甲醛

 

乙醛

 

乙酸乙酯

 

乙酸甲酯

 

总结,一般官能团红外峰位表会给大家提供以一个参考的峰位范围,但在实际情况中,由于具体的分子式不同,C=C或C=O双键的具体吸收峰位也会有所差异。

 

理论上引起化学键峰位偏移的原因主要有:诱导效应共轭效应空间效应氢键效应

 

在实际情况中,常见引起样品中化学键偏移的原因如下:

1.化学键参与反应,形成了配位键或氢键;

2.测试仪器或测试环境发生改变;

3.样品性质发生改变,例如降解,吸潮,热变性,氧化等。

 

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