红外光谱

介绍

红外光谱是一种用于有机化学中确定分子中存在的官能团的技术。它通过测量样品材料对红外辐射的吸收来实现这一点，作为波长或频率的函数。所得光谱是一个独特的指纹，可以帮助识别化学物质。

红外光谱原理

红外辐射的波长较长且频率低于可见光。当分子吸收红外辐射时，会引起分子振动模式的激发。这些振动模式与分子中化学键的伸缩和弯曲有关。不同的官能团吸收特定频率的红外辐射，这可以在红外光谱中表示。

电磁谱

红外光谱位于电磁谱的红外区域。红外区域位于可见光和微波之间，并分为三个区域：

• 近红外 (NIR): 0.78 到 2.5 μm
• 中红外 (MIR): 2.5 到 50μm
• 远红外 (FIR): 50 到 1000μm

分子振动

红外辐射与分子的相互作用可以产生多种分子振动。红外光谱中观察到的两种主要振动类型是伸缩和弯曲。

伸缩

• 对称伸缩: 两个原子同时向中心原子移动或远离，保持分子的对称性。
• 不对称拉伸: 一个原子向中心原子移动，而另一个远离。

弯曲

• 剪式运动: 两个原子彼此相对移动和远离。
• 振荡: 两个原子朝同一方向移动。
• 摇摆: 两个原子反方向在平面之外运动。
• 旋转: 沿键轴的旋转运动。

理解红外光谱

红外光谱是透过率或吸光度与红外光的频率或波长的图与。x轴通常表示波数，单位为cm -1，y轴表示百分比透过率。

红外光谱示例

考虑乙醇（C 2 H 5 OH）的红外光谱：

在乙醇光谱中，3300-3500 cm -1 附近的宽峰是由于 O–H 伸缩的结果，指示酒精的存在。2800-3000 cm -1 范围内的峰是由烷基基团中的 C–H 伸缩引起的。

正常红外吸收

不同官能团的典型吸收带如下：

官能团	波数范围(cm -1)	振动类型
碳氢化合物	2850-2960	C–H 伸缩
烯烃	1620-1680	C=C 伸缩
炔烃	2100-2260	C≡C 伸缩
醇	3200-3550	O–H 伸缩
羧酸	2500-3000	广泛的 O–H 伸缩
胺	3300-3500	N–H 伸缩
醛	1720-1740	C=O 伸缩
酮	1705-1725	C=O 伸缩
酯	1735-1750	C=O 伸缩

样品准备

红外光谱的样品准备可以以多种形式进行：

• 纯净液体: 样品作为薄膜置于两个盐片之间运行。
• KBr 颗粒: 固体样品通过与溴化钾磨碎后制成颗粒。
• 研磨技术: 样品与研磨剂如矿物油混合并在人造卡上展开。

红外光谱的应用

红外光谱广泛应用于各个领域：

• 官能团鉴定: 通过特定的吸收带快速识别分子中的官能团。
• 结构解析: 通过识别不同的官能团和键配置来提供分子结构的见解。
• 质量控制: 在制药和化工行业中用于原材料和成品的质量控制。
• 环境分析: 由于其识别有机化合物的能力，用于监测空气和水污染物。

示例分析 - 阿司匹林

考虑阿司匹林的分析作为一个常见示例。阿司匹林是乙酰水杨酸的另一个名称，其分子式为C 9 H 8 O 4。

阿司匹林的红外光谱显示：

• 1750 cm -1 的强峰代表酯官能团的 C=O 伸缩。
• 1680 cm -1 的峰代表羧酸基团的 C=O 伸缩。
• OH 伸缩吸收出现在2500-3000 cm -1 附近的宽带中。

结论

红外光谱是有机化学中一种有价值的工具，有助于识别官能团和阐明分子结构。其在多个领域的广泛应用突显了其在学术和工业领域的重要性。

自定义问题

1. 解释红外光谱的原理。
2. 识别给定红外光谱中的官能团：

   在 1705 cm -1 和 3300 cm -1 处有强吸收峰。

3. 红外光谱中常见的样品制备技术有哪些？
4. 讨论红外光谱在制药行业的应用。

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