第四節 解析紅外光譜

利用紅外光譜,我們可以推斷碳化合物中含有的化學鍵和官能基。在推斷時,請注意以下原則:

  • 集中分析 \(1500 \text{ cm}^{-1}\) 以上的特徵吸收波數區域;
  • 只需找出與某些化學鍵或官能基相關的特徵吸收光帶,無需詮釋光譜中所有的吸收光帶;
  • 若光譜中沒有出現某些化學鍵或官能基的特徵吸收光帶,亦能提供重要信息。這說明該碳化合物中不含這些化學鍵和官能基。
活動 1
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圖 \(1\)

圖 \(1\) 顯示的是某碳化合物 (氣態) 的紅外光譜。由質量分析得知,該碳化合物只含有碳、氫和氧三種元素。根據紅外光譜判斷,該化合物中可能含有下列哪些化學鍵和官能基?(可參考:常見官能基的特徵吸收)

\(\ce{O-H}\) \(\ce{-COOH}\) \(\ce{C=O}\)
\(\ce{C-H}\) \(\ce{C=C}\) \(\ce{C#C}\)

  1. 首先觀察 \(1680-1750 \text{ cm}^{-1}\) 是否有很強的吸收光帶出現。本光譜中沒有此吸收光帶,因此,可以確定該化合物中不含 \(\ce{C=O}\),亦不含 \(\ce{-COOH}\)。

  2. 在 \(3670 \text{ cm}^{-1}\) 處有較強的吸收光帶出現,這說明該化合物中含有 \(\ce{O-H}\)。

  3. 在 \(2850-3100 \text{ cm}^{-1}\) 有強吸收光帶出現,這說明該化合物中含有 \(\ce{C-H}\)。在進一步分析,可以推測,位於 \(2850-3000 \text{ cm}^{-1}\) 的強吸收光帶是與飽和的 \(\ce{C-H}\) 相關的吸收,而位於 \(3000-3095 \text{ cm}^{-1}\) 較強的吸收光帶是與碳碳雙鍵相連的 \(\ce{C-H}\) 的吸收。

  4. 再觀察該化合物中是否出現不飽和的碳碳雙鍵。在 \(1600 \text{ cm}^{-1}\) 附近出現的中等強度吸收光帶,說明該化合物中含有 \(\ce{C=C}\)。

  5. 該化合物中在 \(2070-2250 \text{ cm}^{-1}\) 沒有明顯的特徵吸收光帶出現,這說明該化合物中不含 \(\ce{C#C}\)。

活動 2
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圖 \(2\)

已知化合物 \(\ce{A}\) 的化學式為 \(\ce{C4H8O2}\), 它的紅外光譜如圖 \(2\) 所示。 化合物 \(\ce{A}\) 可能是

\(\ce{HOCH2CH=CHCH2OH}\) \(\ce{CH3CH2CH2COOH}\)
\(\ce{(CH3)2CHCOOH}\) \(\ce{CH3CH2COOCH3}\)
\(\ce{CH3COOCH2CH3}\) \(\ce{HCOOCH(CH3)2}\)

  1. 首先觀察 \(1680-1750 \text{ cm}^{-1}\) 是否有很強的吸收光帶出現。本光譜中有此吸收光帶,因此,可以確定 \(\ce{A}\) 中含有 \(\ce{C=O}\)。 因此, \(\ce{A}\) 不可能是 \(\ce{HOCH2CH=CHCH2OH}\)。

  2. 在 \(2500-3300 \text{ cm}^{-1}\) 有十分寬闊的強吸收光帶出現,這是與羧基中的 \(\ce{O-H}\) 相關的吸收光帶。

綜合上述理由,我們可以得出結論 \(\ce{A}\) 中一定含有 \(\ce{-COOH}\)。因此, \(\ce{A}\) 有可能是 \(\ce{CH3CH2CH2COOH}\) 或 \(\ce{(CH3)2CHCOOH}\)。

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