11.2红外光谱解析方法(讲义)-《分析化学》同步教学(高教版)

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11.2红外光谱解析方法(讲义)-《分析化学》同步教学(高教版)

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红外光谱解析方法
学习目标:
1.掌握计算化合物不饱和度方法
2.掌握图谱解析方法
不同的化合物有不同的红外光谱。根据红外吸收光谱中吸收峰的位置、形状和相对强度,即可作化合物的定性分析和结构分析。定性分析主要根据红外吸收光谱的特征频率鉴别有哪些官能团,以确定未知物是哪一类化合物。结构分析是由红外吸收光谱提供的大量信息,结合未知物的各种性质和其他结构分析手段,如紫外(UV)、核磁共振(NMR)、质 谱(MS)所提供的信息来确定未知物的化学结构式或立体结构。
运用红外光谱进行定性分析和结构分析的一般步骤如下:
一、收集各种数据及资料
1.观察谱图
了解谱图来源;查看横纵坐标单位;查看是否有水峰和二氧化碳峰。
了解样品来源和理化性质
在对图谱解析之前,必须对所测的样品有充分的了解,如样品的元素分析(分子式及分子量)、来源、纯度、颜色、嗅味、状态以及物理、化学常数(熔点、沸点、折光率、旋光度等)、其他的光谱分析数据等,总之,收集的资料和数据越多,越有利于样品的分析。
二、确定物质的不饱和度
根据质谱、元素分析结果得到分子式,根据分子式,按下式计算不饱和度U。
U = 1++
式中:n1—化合价为1的原子(如:H、X)的原子个数;
n3—化合价为3的原子(如:N)的原子个数;
n4—化合价为4的原子(如:C)的原子个数;
分子式中的二价元素不予考虑。根据分子结构的不饱和度,可推断出分子中的特殊结构,如:
(1) U=0:为链状饱和化合物。
(2) U=1:分子中有一个双键或一个脂环。
(3) U=2:可能含有一个叁键或两个双键,或一个双键、一个环,或两个环。
(4) U≥4:表示分子中可能含有一个苯环等。
根据分子式,通过计算化合物的不饱和度,可初步判断有机化合物的饱和程度及可能的类型,对结构分析是有帮助的。
如C3H6O2的不饱和度U =1+3+=1,则可推断其结构中含有双键。
三、图谱解析 一般是对峰位、峰强、峰宽综合考虑,实行四先四后。即先特征区后指纹区;先强峰后次强峰;先易后难;先否定后肯定。
1.先特征区后指纹区;先强峰后次强峰
先识别特征区的第一强峰及可能归属(何种振动及什么基团),而后找出该基团所有的或主要相关峰,以加以验证从而确定第一强峰的归属。 依次解析特征区别的第二强峰及相关峰。依次类推。 必要时再解析指纹区的第一、第二……强峰及相关峰。
2.先粗查后细找
先按待查吸收峰的峰位,初步了解吸收峰的可能归属,再寻找其相关峰。对许多官能团而言,往往不是存在一个而是存在一组彼此相关的峰,分析时应用一组相关峰来确认某个基团,以防止误判。
3.先否定后肯定
若图谱中没有某一基团的特征吸收峰,就可否定该基团的存在,如—(CH2)4—的振动特征峰在722cm-1处,若此处无峰,表明分子中无—(CH2)4—基团。对于较简单的图谱,一般解析一二个相关峰即可确定其基团的归属。因为对吸收峰的不存在而否定官能团的存在,比对吸收峰的存在而肯定官能团的存在更确凿有力。且先否定、后肯定,对在几个可能结构式中确认未知物的结构时,缩小了范围,目标性更强。
与标准红外光谱比较
利用标准红外光谱进行比对,是定性分析和结构分析最直接和最可靠的方法。既然红外吸收光谱被称为有机化合物的指纹,那么,当未知物的红外光谱图与标准图谱完全一致时,则二者必为同一种物质。
目前,红外光谱仪都配有计算机系统,有关参数计算、谱图检索等均可由计算机完成,使分析更加简便、快速,并可获得准确的解析结果。
红外吸收光谱能反映分子结构的细微性和专属性,特征性强,是鉴别药物真伪的有效方法,因此为各国药典广泛采用。特别是用其他理化方法难以鉴别与区别,化学结构比较复杂、相互之间差别较小的药物,用红外吸收光谱法比较容易鉴别与区分。近年来采用红外吸收光谱法鉴别的药物数目在不断增加,如2010年版《中国药典》共收载的50余种甾体激素原料中,大多数采用红外吸收光谱法鉴别。

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