有机化学基础知识点红外光谱的原理与应用

２０１０年第２４期　内蒙古石油化工　１３　

红外光谱在基础有机化学实验中的应用（Ⅱ）　

——芳香类化合物的解析　

李纯毅　，李东芳。，李树臣。，张俊生　，王晓莉　，付　渊　

（１．内蒙古化工职业技术学院，内蒙古呼和浩特０１００１０；２．内蒙古集宁师范学院化学系，内蒙古乌兰察布０１２０００；　３．内蒙古大学化学化工学院，内蒙古呼和浩特０１００２１；４．内蒙古自治区水利科学研究院，内蒙古呼和浩特０１００２０）　

摘　要：红外光谱是一种现代分析技术，它已经成为有机化学及其相关领域研究中不可缺少的工　

具。在教学中，用红外光谱检测基础有机化学实验中的芳香族产品，能使理论教学与实践教学联系起来，　

取得了很好的教学效果。　

关键词：红外光谱；基础有机化学实验；芳香族产品；理论教学；实践教学　

中图分类号：０４３３：Ｏ６—３　文献标识码：Ａ　文章编号：１ｏＯ６—７９８１（２Ｏ１Ｏ）２４一ｏＯ１３一Ｏ２　

在红外光谱和基础有机化学实验教学过程中，　

将红外光谱和有机化学结合在一起，可以并将各课　

程内容构成一个综合性实验体系，能够让各科知识　

融会贯通。在《红外光谱在基础有机化学实验中的应　

用（Ｉ）》中，我们介绍了红外光谱、样品的红外测定　

方法、红外光谱在有机化学实验中的应用，并讨论了　

脂肪族产品的红外光谱特征。在本文中，我们将以芳　

香化合物为例，进一步探讨红外光谱在基础有机化　

学实验中的应用情况。　

１　红外光谱的进展——傅立叶变换红外光谱仪　

红外吸收光谱经历了棱镜红外光谱、光栅红外　

光谱，目前已广泛使用傅里叶变换红外光谱（ＦＴ—　

ＩＲ）。以往的红外光谱仪是利用棱镜或光栅作为色　

散元件，将光源发出的红外光由单色器分光，并由探　

测器接收。色散型仪器响应时间长，速度慢，灵敏度、　

分辨率、准确度都较低。傅立叶变换红外光谱仪为干　

涉型仪器，它没有狭缝和单色器，通过样品的干涉光　

直接由探测器接受，因而能量高、响应快。近年来，随　

着傅立叶变换红外光谱学的发展以及高性能的　

质谱和红外光谱的应用

在科研和生产实际中，常常需要对一些化合物进行结构分析，以达到检测、鉴别的目的。质谱、红外光谱等都是研究有机物结构的重要手段。

一、质谱

1．原理及应用

质谱法是通过对样品的分子电离后所产生离子的质荷比及其强度的测量来进行成分和结构分析的一种仪器分析方法，具有简单、微量、快捷、精确的特点。其原理是：用高能电子流等轰击样品分子，使该分子失去电子变成带正电荷的分子离子和碎片离子。不同的离子具有不同的质量，不同质荷比（质量与电荷之比，即m/z）的离子进入磁场后，在磁场作用下到达检测器的时间有差异，其结果被记录为质谱图。

质谱分析法主要应用于测定稳定同位素和化合物的相对分子质量。

2．质谱图的读法

由于相对质量越大的离子的质荷比越大，达到检测器需要的时间越长，因此质谱图中质荷比的最大值就是未知物的相对分子质量。

例1 分子式为C2H6O的有机物，有两种同分异构体，即乙醇(CH3CH2OH)和二甲醚(CH3OCH3)。通过下列方法不可能将两者区别开来的是（ ）。

A．红外光谱 B．核磁共振氢谱 C．质谱法 D．与钠反应

解析 乙醇和二甲醚互为同分异构体，也就是说两者的化学键不同，因此红外光谱可以将两者鉴别出来。乙醇和二甲醚的核磁共振氢谱分别有3个和1个吸收峰，因此核磁共振氢谱可将其鉴别开来。由于两者的相对分子质量相同，因此质谱法无法鉴别。醇能与钠反应有气体产生，但醚不能，因此钠亦可将两者鉴别开来。

答案选C。

二、红外光谱

1．原理及应用

有机物中组成化学键、官能团的原子处于不断振动状态，且振动频率与红外光的振动频率相当。当用红外线照射分子时，分子中的化学键、官能团可发生振动吸收，不同的化学键或官能团的吸收频率不同，在红外光谱图中将处于不同位置。因此，通过红外光谱可以推知有机物含有哪些化学键、官能团。

2．红外光谱谱图的读法

好比是公安部门建立的指纹库一样，不同化学键的红外谱图已建成数据库。解题时，命题人已将化学键或官能团在谱图上标出，可直接读取。

分子光谱学的基本原理和应用

分子光谱学是研究分子在电磁波作用下的光谱特性的学科，它是研究物质的微观结构和分子结构的一种重要手段。分子光谱学主要包括红外光谱学、拉曼光谱学和电子吸收光谱学等，这些技术在化学、物理、地质、生物等领域都有广泛的应用。

一、红外光谱学

红外光谱学是研究化学物质分子振动和转动的光谱学，它利用物质吸收红外辐射的能量来研究分子的振动和转动。红外光谱图谱主要显示了各个键的伸缩振动频率和强度。红外光谱广泛应用于有机、无机、高分子、生物、医药等领域。

1.有机化学

红外光谱是有机化学中常用的一种方法，它可以检验化合物的结构、表征它们的性质和反应，也可以用于化学反应的定量分析和定性分析。例如，红外光谱图谱可以确定有机化合物中的官能团，如羟基、羧基、醛基、酯基和酰胺基等。通过红外光谱可以判断分子中化学键的结合程度和键的取代基团，这个特性使其在有机合成、分析化学和物质分析中得到广泛应用。

2.生物医学

红外光谱学在生物医学中有广泛应用，可以用于诊断、治疗和监测疾病。例如，红外光谱可以监测口腔化学反应、观测细胞生长、检测食品的安全性、确定肿瘤的类型、检测血管疾病等等。有许多研究人员利用红外光谱分析方法，在诊断和治疗疾病方面取得卓越成果。

二、拉曼光谱学

拉曼光谱学是研究物质分子激发出瑞利散射辐射的光谱学，也就是分子振动能级与激发的光子频率之间存在共振的现象。拉曼光谱可以提供关于分子的结构信息，包括分子的化学键、取代基团和它们之间的相互作用。它主要应用于化学、物理、材料等领域。

1.化学

在化学领域，拉曼光谱主要用于表征和鉴定化合物中的基团和化学键，例如确定有机化合物中的氢键断裂、化学键伸缩变化，预测蛋白质的三维结构等。另外，拉曼光谱还可以对化学反应动力学进行实时监测和定量分析。

2.材料科学

在材料科学领域，拉曼光谱主要用于分析和表征新型材料的结构和性质。例如，在石墨烯研究中，研究人员利用拉曼光谱确定了石墨烯的质量、结构和缺陷信息。此外，在半导体器件、纳米材料、光学材料和生物医学领域也有广泛应用。

高三教案红外光谱分析在有机化学中的应用

引言：

有机化学是高中化学课程的重要组成部分，它研究的是含碳的化合物及其反应。而红外光谱分析是一种重要的有机化学研究方法。本文将着重探讨高三化学教案中红外光谱分析在有机化学中的应用。

一、什么是红外光谱分析

红外光谱分析是一种无损分析方法，它通过测量样品在红外辐射下吸收的辐射能量来研究样品的结构和成分。通过比较吸收峰的位置、强度和形状，可以确定有机化合物的功能团及其结构。

二、红外光谱分析在有机合成中的应用

1. 确定有机化合物的功能团

红外光谱分析可以用来确定有机化合物中存在的各种功能团，如羟基、醛基、酮基等。不同功能团在红外光谱图中有独特的吸收峰，通过对吸收峰的分析，可以准确确定有机化合物的结构。

2. 监测有机合成反应的进程

在有机合成中，红外光谱分析可以用来监测反应的进程。通过不同时间点对反应物和产物进行红外光谱分析，可以观察吸收峰的变化，判断反应是否进行，并确定反应的产物。

3. 评估有机合成的纯度 红外光谱分析还可以用来评估有机合成的纯度。通过比较纯品和杂质的红外光谱图，可以分析吸收峰的强度和形状，从而判断有机化合物的纯度。

三、红外光谱分析在有机质量分析中的应用

1. 鉴别有机化合物

红外光谱分析可以用来鉴别混合物中的有机化合物。将待测样品与标准品进行红外光谱的对比分析，通过比较吸收峰的位置和强度，可以确定混合物中的有机化合物。

2. 定性分析和定量分析

红外光谱分析可以用来进行定性分析和定量分析。对于已知结构的有机化合物，可以通过其红外光谱图来进行定性分析。而对于未知结构的有机化合物，可以利用红外光谱与标准品对比，进行定性分析。此外，通过测量吸收峰的强度，还可以进行有机化合物的定量分析。

四、红外光谱在有机化学实验教学中的应用

1. 指导学生进行有机合成实验

在高三化学教案中，红外光谱分析可以用来指导学生进行有机合成实验。通过对学生合成产物的红外光谱进行分析，帮助学生判断是否成功合成了目标化合物。