紅外光譜法推測(cè)化合物結(jié)構(gòu)區(qū)別順反丁烯二酸

1、實(shí)驗(yàn)九 紅外光譜法推測(cè)化合物的結(jié)構(gòu)一、目的要求1. 通過推測(cè)化合物C7H6O2的結(jié)構(gòu)，掌握用紅外光譜推測(cè)化合物結(jié)構(gòu)的原理和方法。2. 了解紅外分光光度計(jì)的工作原理和操作方法。二、基本原理 當(dāng)已知化合物的分子式時(shí)，可以計(jì)算其不飽和度u， 從而可推測(cè)化合物的類型。然后根據(jù)紅外光譜解析的程序，有的放矢的對(duì)測(cè)得的紅外光譜圖進(jìn)行解析。通過解析圖譜中的主要（特征）吸收峰，可知道組成化合物的各基團(tuán)及它們相互間的連接情況，可推測(cè)可能的結(jié)構(gòu)式。最后與紅外標(biāo)準(zhǔn)圖譜對(duì)照以確定其結(jié)構(gòu)。三、儀器與試劑1. 儀器：FTIR8900傅立葉變換紅外光譜儀；壓片裝置；瑪瑙研缽；不銹鋼刮刀。2. 試劑：苯甲酸；苯甲酸鈉。四、實(shí)驗(yàn)

2、步驟 本實(shí)驗(yàn)制樣方式是采用溴化鉀壓片法。1. 取12mg樣品，與瑪瑙研缽中研細(xì)至2m左右。2. 于瑪瑙研缽中加入100200mg事先干燥的KBr粉末，把樣品與KBr粉末充分研磨均勻。3. 用不銹鋼刮刀移取上述均勻的混合物于壓模的底磨面上，中心可稍高一些，小心降下柱塞，并用柱塞一面捻動(dòng)，一面稍加壓力使粉末完全鋪平，慢慢拔出柱塞。放入頂模和柱塞，把模具裝配好，置于壓片機(jī)下。逐漸加壓到7500kg/cm2以上，持續(xù)510min后緩緩降壓，取出壓模。除去底座，用取樣器頂出錠片，即得到一直徑為13mm，厚度為0.81.0mm的半透明錠片。4. 把此半透明錠片放于紅外分光光度計(jì)的樣品窗口，在參比窗口放上空

3、白的KBr錠片，進(jìn)行測(cè)量。5. 用測(cè)好的紅外光譜圖，進(jìn)行圖譜解析工作。五、圖譜解析通過對(duì)化合物C7H6O2的不飽和度u的計(jì)算，初步確定該化合物是否含有C=C，C=O，COOH或苯環(huán)等不飽和結(jié)構(gòu)。1. 將所測(cè)苯甲酸的紅外光譜的各譜峰歸屬在圖上標(biāo)識(shí)出：苯甲酸的紅外光譜圖（理論）/cm-1歸 屬30002500（一組譜帶）羥基的伸縮振動(dòng)及其倍頻譜帶1687c=O伸縮振動(dòng)1420，1320，1285c=O及OH的偶合譜帶930羧基中羥基的面外彎曲振動(dòng)3070，3010CH的伸縮振動(dòng)1600，1582，1493骨架振動(dòng)705CH的面外彎曲振動(dòng)680CH的面內(nèi)彎曲振動(dòng)由上述各譜峰歸屬表，推測(cè)化合物結(jié)構(gòu)。2

4、.苯甲酸與苯甲酸鈉的紅外光譜比較將所測(cè)苯甲酸的紅外光譜的各譜峰歸屬在圖上標(biāo)識(shí)出，并將苯甲酸鈉的紅外光譜圖與苯甲酸的紅外光譜圖比較，各吸收峰有何異同，并加以解釋：苯甲酸鈉的特征吸收峰（理論）/cm-1歸 屬1549反對(duì)稱伸縮振動(dòng)1415對(duì)稱伸縮振動(dòng)，出現(xiàn)兩條強(qiáng)吸收帶。3060，1599，1490714，673單取代苯環(huán)的特征六、問題討論1. 用壓片法制樣時(shí)，為什么要求研磨到顆粒粒度在2m左右？研磨時(shí)不在紅外燈下操作，譜圖上會(huì)出現(xiàn)什么情況？2. 要準(zhǔn)確確證樣品的結(jié)構(gòu)，還需進(jìn)行那些工作？實(shí)驗(yàn)十 紅外光譜法區(qū)別順、反丁烯二酸一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 用紅外光譜法區(qū)分丁烯二酸的兩種級(jí)和異構(gòu)體。2. 練習(xí)用KBr

5、壓片法制樣。二、實(shí)驗(yàn)原理紅外光譜法（Infra-red Spectrometry）區(qū)分烯烴順、反異構(gòu)體，常常借助位于1000-650cm-1范圍的C-H譜帶。烷基型烯烴的順式結(jié)構(gòu)出現(xiàn)在730-675cm-1，反式結(jié)構(gòu)出現(xiàn)在960cm-1. 當(dāng)取代基變化時(shí)，順式結(jié)構(gòu)峰位變化較大，反式結(jié)構(gòu)峰位基本不變，因此在確定異構(gòu)體是非常有用。除上述譜帶外，對(duì)于丁烯二酸，位于1710-1580cm-1范圍的光譜也很特征。順丁烯二酸和反丁烯二酸的區(qū)別，是分子中兩個(gè)羰基相對(duì)于雙鍵的幾何排列不同。順丁烯二酸分子結(jié)構(gòu)對(duì)成性差，加之雙鍵與羰基共軛，在1600cm-1出現(xiàn)很強(qiáng)的c=c譜帶；反丁烯二酸分子結(jié)構(gòu)對(duì)稱性強(qiáng)，雙鍵位

6、于對(duì)稱中心，其伸縮振動(dòng)無紅外活性，在光譜中觀察不到吸收譜帶。另外，順丁烯二酸只能生成分子間氫鍵，其羰基譜帶位于1705cm-1,接近羰基c=o頻率的正常值；而反丁烯二酸能生成分子內(nèi)氫鍵，其羰基譜帶移至1680cm-1.因此，利用這一區(qū)間的譜帶可以很容易地將兩種幾何異構(gòu)體區(qū)分開來。三.儀器和試劑1. 儀器：紅外光譜儀；壓片裝置（壓膜，油壓機(jī)，真空泵）；瑪瑙研缽；不銹鋼刮刀。2. 試劑：溴化鉀（分析純）；順丁烯二酸；反丁烯二酸。（均為分析純）。四、實(shí)驗(yàn)步驟 1.將1-2mg順丁烯二酸放在瑪瑙研缽中磨細(xì)至2g左右，再加入100-200mg干燥的KBr粉末繼續(xù)研磨3分鐘，混合均勻。用不銹鋼刮刀移取20

7、0mg混合粉末于壓模的底磨面上，中心可稍高一些。小心降下柱塞，并用柱塞一面捻動(dòng)一面稍加壓力使粉末完全鋪平，慢慢拔出柱塞。放入頂模和柱塞，把模具裝配好，置于油壓機(jī)下。將柱塞連上真空泵，在10-30L/min抽取下預(yù)排氣5min，逐漸加壓到7500kg/cm2,持續(xù)5min后拆除真空泵，緩緩降壓，取出壓模。除去底座，用取樣器頂出錠片，即得到一直徑為12mm,厚度為0.8mm的透明錠片。2.同樣方法制得反丁烯二酸的錠片。3.分別錄制譜圖。五.數(shù)據(jù)處理根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得的兩張譜圖，鑒別順、反異構(gòu)體。同時(shí)查閱Sadtler譜圖，將順、反丁烯二酸的實(shí)測(cè)譜與標(biāo)準(zhǔn)譜相對(duì)照，做進(jìn)一步確證。六.問題與討論找出能夠區(qū)別順

8、、反異構(gòu)體的其他有代表型的峰五：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理。1.將所測(cè)苯甲酸的紅外光譜的各譜峰歸屬在圖上標(biāo)出并推測(cè)化合物結(jié)構(gòu)苯甲酸的譜峰歸屬不飽和度U=1+7+(0-6)/2=5可能含有苯環(huán)譜峰歸屬25559.4-OH伸縮振動(dòng)1685.7C=O的伸縮振動(dòng)1600.8 1580 1450 1423苯環(huán)骨架振動(dòng)的特征吸收峰1292.2C-O的伸縮振動(dòng)931-OH的面外變形振動(dòng)707.8 684.7單取代苯環(huán)的面外變形振動(dòng)確定結(jié)構(gòu)苯甲酸2苯甲酸鈉和苯甲酸的紅外光譜比較。將所測(cè)苯甲酸的紅外光譜的 各譜峰歸屬在圖上標(biāo)識(shí)，并將苯甲酸鈉的紅外光譜與苯甲酸的紅外光譜圖比較，各吸收峰有何異同，并加以解釋。不飽和度U=1+7+

9、(0-6)/2=5可能含有苯環(huán)譜峰歸屬3026苯環(huán)中C-H的伸縮振動(dòng)1596 1417苯環(huán)骨架的伸縮振動(dòng)1550.7C=O的伸縮振動(dòng)1305.7C-O的伸縮振動(dòng)709 680單取代 苯環(huán)的面外變形振動(dòng)確定結(jié)構(gòu)苯甲酸鈉由以上的分析知由于苯甲酸和苯甲酸鈉都含有苯環(huán)結(jié)構(gòu)，故在710-680cm-1處的吸收峰比較相似，而在1700-1200 cm-1出的吸收峰有明顯不同，產(chǎn)生差異的原因是-COONa和-COOH 的結(jié)構(gòu)不同。3.根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得的兩張譜圖，鑒別順，反異構(gòu)體。同時(shí)查閱Ssdtler譜圖，將順反丁烯二酸的實(shí)測(cè)譜圖與標(biāo)準(zhǔn)譜圖相對(duì)照，做進(jìn)一步確證。答: 分子中兩個(gè)羰基相對(duì)于雙鍵的位置不同：順式結(jié)構(gòu)

10、對(duì)稱性差，雙鍵與羰基共軛，在1700-1600cm-1出現(xiàn)很強(qiáng)的C=C 的伸縮振動(dòng)譜帶,反式結(jié)構(gòu)對(duì)稱性強(qiáng)，雙鍵位于對(duì)稱中心其伸縮振動(dòng)無紅外活性在對(duì)應(yīng)區(qū)域觀察不到吸收譜帶。順式能形成分子間氫鍵，其羰基譜帶位于1706 cm-1附近，接近羰的振動(dòng)頻率正常值；反式能形成分子內(nèi)氫鍵，其羰基譜帶移至1680 cm-1。六.思考題。1.用壓片法制樣時(shí)為什么要研磨到顆粒粒度在2m左右？研磨時(shí)不在紅外燈下操作，譜圖上會(huì)出現(xiàn)什么情況？答:因?yàn)橐褬悠放ckBr粉末的混合物進(jìn)行研磨，如果顆粒太大，則會(huì)導(dǎo)致壓片粉末不均衡，壓片不成功，使用紅外燈為了保持被研磨的kBr和樣品混合粉末干燥，避免吸水受潮，kBr粉末易吸收空氣中的水和二氧化碳從而在譜圖上出現(xiàn)相應(yīng)的峰，影響測(cè)定。2.要驗(yàn)證樣品的結(jié)構(gòu)還需要進(jìn)行工作?答:需要用標(biāo)準(zhǔn)譜圖與所測(cè)得的譜圖進(jìn)行對(duì)照，運(yùn)用所學(xué)的紅外光譜知識(shí)進(jìn)行解譜，找到特征譜帶的歸屬，再根據(jù)分子式寫出化合物的可能結(jié)構(gòu) ，運(yùn)用所學(xué)化學(xué)