background image

 

 

Chem-805

Chem-805

Identification of organic and 

Identification of organic and 

inorganic compounds by 

inorganic compounds by 

spectroscopy

spectroscopy

 

Mass 
Spectrometry
NMR

Infrared

Infrared

background image

 

 

Infrared

Infrared

10,000 cm

10,000 cm

-1

-1

 to 100 cm

 to 100 cm

-1

-1

Converted in Vibrational energy in molecules

Converted in Vibrational energy in molecules

Vibrational Spectra appears as bands instead of sharp 
lines => as it is accompanied by a number of rotational 
changes

Wave Number

 => 

 (cm

-1

) => proportional to energy

Depends on:

•Relative masses of atoms

•Force constant of bonds

•Geometry of atoms

Older system uses the wavelenght





 (m => 10

-6

 m)

cm

-1

 = 10

4

 / m

background image

 

 

The Units:

The Units:

The frequency  (s

-1

) => # vibrations per second

For molecular vibrations, this number is very large (10

13

 s

-1

=> inconvenient

More convenient :       Wavenumber

c

(

Frequency

 / 

Velocity

)

e.g. 

 = 3 * 10

 = 3 * 10

13

13

 s

 s

-1

-1







s



3 * 10

10

 cm s

-1

= 1000 cm

= 1000 cm

-1

-1

Wave Length : 

1

=

background image

 

 

Intensity:

Intensity:

Transmittance (T

T

) or %T

%T

T

T

 =

I

I

0

Absorbance (A

A

A

A

 = log I

I

0

Intensity in IR

Intensity in IR

IR

IR

 : Plot of %IR

%IR

 that passes through a sample (transmittance

transmittance

vs Wavelenght

Wavelenght

background image

 

 

Infrared

Infrared

• Position, Intensity and Shape of bands 

gives clues on Structure of molecules

• Modern IR uses Michelson Interferometer

=> 

involves computer, and Fourier Transform

Sampling

Sampling

 => plates, polished windows, Films …

Must be transparent in IR

NaCl, KCl : Cheap, easy to polish

NaCl, KCl : Cheap, easy to polish

NaCl

NaCl

 transparent to 4000 - 650 cm

4000 - 650 cm

-1

-1

KCl

KCl

   transparent to 4000 - 500 cm

4000 - 500 cm

-1

-1

KBr  

KBr  

 transparent to 400 cm

400 cm

-1

-1

background image

 

 

Infrared: Low frequency spectra 

Infrared: Low frequency spectra 

of window materials

of window materials

background image

 

 

Bond length and strength 

Bond length and strength 

vs 

vs 

Stretching frequency

Stretching frequency

Bond

C-H

=C-H

-C-H

Length

1.08

1.10

1.12

Strenght

506 kJ

444 kJ

422 kJ

IR freq.

3300 cm

-1

3100 cm

-1

2900 cm

-1

background image

 

 

Introduction

Introduction

IR is one of the first technique inorganic chemists used 
(since 1940)

Molecular Vibration

Molecular Vibration

Newton’s law of motion is used classically to calculate 
force constantr

r

e

F

F

F

F

The basic picture : atoms 
(mass) are connected with 
bonding electrons. R

e

 is the 

equilibrium distance and F

F

force to restore equilibrium

F(x) = -

k

x

where X is displacement from equilibrium

 

 

1

1

2

2

k

k

i

i

i

i

Where 

Where k

k

i

i

 is the force constant and 

 is the force constant and 

i

i

 

 

is reduce mass of a particular motion

is reduce mass of a particular motion

Because the energy is quantized: E = 

Because the energy is quantized: E = 

i

i

background image

 

 

Introduction

Introduction

Displacement of atoms during vibration lead to 

Displacement of atoms during vibration lead to 

distortion of electrival charge distribution of the 

distortion of electrival charge distribution of the 

molecule which can be resolve in dipole, 

molecule which can be resolve in dipole, 

quadrupole, octopole …. In various directions

quadrupole, octopole …. In various directions

=> Molecular vibration lead to oscillation of 

=> Molecular vibration lead to oscillation of 

electric charge governed by vibration frequencies 

electric charge governed by vibration frequencies 

of the system

of the system

Oscillating molecular dipole can interact directly 

Oscillating molecular dipole can interact directly 

with oscillating electric vector of electromagnetic 

with oscillating electric vector of electromagnetic 

radiation of the same frequency

radiation of the same frequency

 = 

 = h

h





Vibrations are in the range 

Vibrations are in the range 

10

10

11

11

 to 10

 to 10

13

13

 Hz

 Hz

 => 

 => 

30 - 3,000 cm

30 - 3,000 cm

-1

-1

background image

 

 

Introduction: Symmetry 

Introduction: Symmetry 

selection rule

selection rule

Stretching homonuclear diatomic molecule like

Stretching homonuclear diatomic molecule like N

 N

2

2

 

 

does not generate oscillating dipole

does not generate oscillating dipole

 

 

Direct interaction with oscillating electronic Dipole is not   

Direct interaction with oscillating electronic Dipole is not   

possible

possible

 

 

 

 inactive in IR

inactive in IR

There is no place here to treat fundamentals of symmetry

There is no place here to treat fundamentals of symmetry

In principle, the symmetry of a vibration need to be determined

In principle, the symmetry of a vibration need to be determined

background image

 

 

Calculating stretching frequencies

Calculating stretching frequencies

Hooke’s law :

Hooke’s law :

=

=

1

1

2

2

c

c

 

 

k

k

: Frequency in cm

: Frequency in cm

-1

-1

c    : Velocity of light => 3 * 10

c    : Velocity of light => 3 * 10

10

10

 cm/s

 cm/s

k

k

   : Force constant => dynes /cm

   : Force constant => dynes /cm





masses of atoms in grams

masses of atoms in grams





m

m

1

1

 m

 m

2

2

m

m

1

1

 + m

 + m

2

2

M

M

1

1

 M

 M

2

2

M

M

1

1

 + M

 + M

2

2

 (6.02 * 10

 (6.02 * 10

23

23

)

)

=

=

4.12

4.12

k

k

C

C

-

-

C     

C     k

k

 = 5* 10

 = 5* 10

5

5

 dynes/cm

 dynes/cm

C

C

=C       

=C       k

k

 = 10* 10

 = 10* 10

5

5

 dynes/cm

 dynes/cm

C

C

C       

C       k

k

 = 15* 10

 = 15* 10

5

5

 dynes/cm

 dynes/cm

background image

 

 

Calculating stretching frequencies

Calculating stretching frequencies

C

C

=C       

=C       K = 10* 10

K = 10* 10

5

5

 dynes/cm

 dynes/cm

=

=

4.12

4.12

K

K





 M

M

1

1

 M

 M

2

2

M

M

1

1

 + M

 + M

2

2

(12)(12)

(12)(12)

12 + 12

12 + 12





=

=

4.12

4.12

10* 10

10* 10

5

5

= 1682 cm

= 1682 cm

-1

-1

Experimental 

Experimental 

 1650 cm

 1650 cm

-1

-1

C

C

—H     

—H     K = 5* 10

K = 5* 10

5

5

 dynes/cm

 dynes/cm

=

=

4.12

4.12

5* 10

5* 10

5

5





= 3032 cm

= 3032 cm

-1

-1





 M

M

1

1

 M

 M

2

2

M

M

1

1

 + M

 + M

2

2

(12)(1)

(12)(1)

12 + 1

12 + 1



 

 

 





Experimental 

Experimental 

 3000 cm

 3000 cm

-1

-1

C

C

—D     

—D     K = 5* 10

K = 5* 10

5

5

 dynes/cm

 dynes/cm

=

=

4.12

4.12

5* 10

5* 10

5

5





= 2228 cm

= 2228 cm

-1

-1





 M

M

1

1

 M

 M

2

2

M

M

1

1

 + M

 + M

2

2

(12)(2)

(12)(2)

12 + 2

12 + 2



 





Experimental 

Experimental 

 2206 cm

 2206 cm

-1

-1

background image

 

 

Vibration

Vibration

s

s

www.cem.msu.edu/~reusch/Virtual/Text/Spectrpy/InfraRed/infrared.htm

Modes of vibration

Modes of vibration

C

C

—H

—H

Stretching

Stretching

Bending

Bending

C

C

O

O

H

H

H

H

Symmetrical 

Symmetrical 

2853 cm

2853 cm

-1

-1

H

H

Asymmetrical 

Asymmetrical 

2926 cm

2926 cm

-1

-1

H

H

H

H

Scissoring

Scissoring

1450 cm

1450 cm

-1

-1

Rocking

Rocking

720 cm

720 cm

-1

-1

H

H

H

H

Wagging

Wagging

1350 cm

1350 cm

-1

-1

Twisting

Twisting

1250 cm

1250 cm

-1

-1

Stretching

Stretching

frequency

frequency

Bending

Bending

frequency

frequency

background image

 

 

Vibration

Vibration

s

s

www.cem.msu.edu/~reusch/Virtual/Text/Spectrpy/InfraRed/infrared.htm

General trends:

General trends:

Stretching frequencies

Stretching frequencies

 are higher than 

 are higher than bending 

bending 

frequencies 

frequencies 

   

   

(it is easier to bend a bond than stretching or compresing them)

(it is easier to bend a bond than stretching or compresing them)

Bond involving Hydrogen are higher in freq. than with 

Bond involving Hydrogen are higher in freq. than with 

heavier atoms

heavier atoms

Triple bond

Triple bond

 have higher freq than 

 have higher freq than double bond

double bond

 which 

 which 

has higher freq    than 

has higher freq    than single bond

single bond

background image

 

 

Structural Information from 

Structural Information from 

Vibration Spectra

Vibration Spectra

Spectrum can be treated as finger print to 

Spectrum can be treated as finger print to 

recognize the product of a reaction as a known 

recognize the product of a reaction as a known 

compound. (require access to a file of standard 

compound. (require access to a file of standard 

spectra)

spectra)

At another extreme , different bands observed can 

At another extreme , different bands observed can 

be used to deduce the symmetry of the molecule 

be used to deduce the symmetry of the molecule 

and force constants corresponding to vibrations.

and force constants corresponding to vibrations.

At intermediate levels, deductions may be drawn 

At intermediate levels, deductions may be drawn 

about the presence/absence of specific groups

about the presence/absence of specific groups

The symmetry of a molecule determines the number of bands expected

The symmetry of a molecule determines the number of bands expected

Number of bands can be used to decide on symmetry of a molecule

Number of bands can be used to decide on symmetry of a molecule

Th

Th

e

e

 task of assignment is complicated  by presence of low 

 task of assignment is complicated  by presence of low 

intensity bands and presence of forbidden overtone and 

intensity bands and presence of forbidden overtone and 

combination bands.

combination bands.

There are different levels at which information from IR can 

There are different levels at which information from IR can 

be analyzed to allow identification of samples:

be analyzed to allow identification of samples:

background image

 

 

Methods of analyzing an IR 

Methods of analyzing an IR 

spectrum

spectrum

The effect of 

The effect of isotopic substitution

isotopic substitution

 on the 

 on the 

observed spectrum

observed spectrum

Can give valuable information about the atoms 

Can give valuable information about the atoms 

involved in a particular vibration

involved in a particular vibration

1.

1.

Comparison with standard spectra : traditional 

Comparison with standard spectra : traditional 

approach

approach

2.

2.

Detection and Identification of impurities

Detection and Identification of impurities
if the compound have been characterized before, any 
bands that are not found in the pure sample can be 
assigned to the impurity 

(provided that the 2 spectrum are recorded with identical 
conditions: Phase, Temperature, Concentration)

3.

3.

Quantitative Analysis of mixture

Quantitative Analysis of mixture

Transmittance spectra = I/I

0

 x 100

=> peak height 

is not lineraly related to intensity of absorption

In Absorbance A=ln (I

o

/I)

=> Direct measure of 

intensity

background image

 

 

Analyzing an IR spectrum

Analyzing an IR spectrum

In practice, there are similarities between 

In practice, there are similarities between 

frequencies of molecules containing similar groups.

frequencies of molecules containing similar groups.

Group - frequency correlations

Group - frequency correlations

 have been 

 have been 

extensively developed for organic compounds and 

extensively developed for organic compounds and 

some have also been developed for inorganics

some have also been developed for inorganics

background image

 

 

Hydrog

Hydrog

en bond 

en bond 

and 

and 

C=O

C=O

background image

 

 

Intensity of C=O vs 

Intensity of C=O vs 

C=C

C=C

background image

 

 

Band Shape: OH vs 

Band Shape: OH vs 

NH2 vs CH

NH2 vs CH

background image

 

 

Free OH and Hydrogen bonded 

Free OH and Hydrogen bonded 

OH

OH

background image

 

 

Symmetrical and asymmetrical stretch 

Symmetrical and asymmetrical stretch 

Methyl

Methyl

2872 cm

2872 cm

-1

-1

Symmetrical Stretch

Symmetrical Stretch

Asymmetrical Stretch

Asymmetrical Stretch

C

C

H

H

H

H

H

H

C

C

H

H

H

H

H

H

Anhydride

Anhydride

O

O

O

O

O

O

1760 cm

1760 cm

-1

-1

2962 cm

2962 cm

-1

-1

1800 cm

1800 cm

-1

-1

O

O

O

O

O

O

Amino

Amino

Nitro

Nitro

N

N

H

H

H

H

3300 cm

3300 cm

-1

-1

3400 cm

3400 cm

-1

-1

1350 cm

1350 cm

-1

-1

1550 cm

1550 cm

-1

-1

N

N

H

H

H

H

N

N

O

O

O

O

N

N

O

O

O

O

background image

 

 

General IR comments

General IR comments

Precise treatment of vibrations in molecule is not feasible here

Precise treatment of vibrations in molecule is not feasible here

Some information from IR is also contained in MS and NMR

Some information from IR is also contained in MS and NMR

Certain bands occur in 

Certain bands occur in narrow regions

narrow regions

 : 

 : OH

OH

, CH

CH

, C=O

C=O

Detail of the structure is revealed by the 

Detail of the structure is revealed by the exact position

exact position

 of the band 

 of the band 

e.g.  

e.g.  Ketones

Ketones

O

1715 cm

1715 cm

-1

-1

CH

O

CH

2

1680 cm

1680 cm

-1

-1

Region 4000 – 1300 : Functional group

Region 4000 – 1300 : Functional group

Absence of band in this region can be used to deduce absence of groups

Absence of band in this region can be used to deduce absence of groups

Caution: some bands can be very broad because of hydrogen bonding 

Caution: some bands can be very broad because of hydrogen bonding 

e.g.  

e.g.  Enols v.broad OH, C=O absent!!

Enols v.broad OH, C=O absent!!

  

  

Weak bands in high frequency are extremely useful : S-H, C

Weak bands in high frequency are extremely useful : S-H, C

C, C

C, C

N

N

Lack of strong bands in 900-650 means no aromatic

Lack of strong bands in 900-650 means no aromatic

background image

 

 

Alkanes

Alkanes

Alkenes

Alkenes

Alkynes

Alkynes

C-H : 

C-H :  <3000 cm

<3000 cm

-1

-1

>3000 cm

>3000 cm

-1

-1

3300 cm

3300 cm

-1

-1

 

 

sharp

sharp

C-C

C-C

Stretch

Stretch

Not useful

Not useful

C=C

C=C

C

C

C

C

1660-1600 cm

1660-1600 cm

-1

-1

conj. Moves to lower values

conj. Moves to lower values

 

 

Symmetrical : no band

Symmetrical : no band

2150 cm

2150 cm

-1

-1

 

 

conj. Moves to lower values

conj. Moves to lower values

Weak but very useful

Weak but very useful

Symmetrical no band

Symmetrical no band

 

 

Bending

Bending

CH

CH

Rocking

Rocking

720 cm

720 cm

-1 

-1 

indicate

indicate

Presence of 4-CH

Presence of 4-CH

1000-700 cm

1000-700 cm

-1

-1

 

 

Indicate substitution

Indicate substitution

 

 

pattern

pattern

 

 

C-H  ~630 cm

C-H  ~630 cm

-1

-1

 

 

Strong and broad

Strong and broad

 

 

Confirm triple bond

Confirm triple bond

background image

 

 

background image

 

 

Alkane

Alkane

background image

 

 

Alkene : 

Alkene : 

1-Decene

1-Decene

To give rise to absorption of IR

To give rise to absorption of IR

 => Oscillating 

Oscillating 

Electric Dipole

Electric Dipole

Symmetry

Symmetry

Molecules with Center of symmetry

Molecules with Center of symmetry

Symmetric vibration => inactive

Symmetric vibration => inactive

Antisymmetric vibration => active

Antisymmetric vibration => active

background image

 

 

Alkene

Alkene

In large molecule local symmetry produce 

In large molecule local symmetry produce weak or absent vibration

weak or absent vibration

C=C

C=C

R

R

R

R

trans

trans

 C=C isomer -> weak in IR 

 C=C isomer -> weak in IR 

Observable in Raman

Observable in Raman

background image

 

 

Alkene: Factors influencing vibration 

Alkene: Factors influencing vibration 

frequency

frequency

1- Strain move peak to right (decrease    )

1- Strain move peak to right (decrease    )

C

C

C

C

C

C

angle

angle

1650

1650

1646

1646

1611

1611

1566

1566

1656 : exception

1656 : exception

2- Substitution increase

2- Substitution increase

3- conjugation decrease

3- conjugation decrease

C=C-Ph    1625 cm

C=C-Ph    1625 cm

-1

-1

1566

1566

1641

1641

1675

1675

1611

1611

1650

1650

1679

1679

1646

1646

1675

1675

1681

1681

background image

 

 

Alkene: Out-of-Plane bending 

Alkene: Out-of-Plane bending 

This region can be used to deduce substitution pattern

This region can be used to deduce substitution pattern

background image

 

 

Alkyne: 

Alkyne: 

1-Hexyne

1-Hexyne

background image

 

 

Alkyne:

Alkyne:

Symmet

Symmet

ry

ry

background image

 

 

In IR, Most important transition 

In IR, Most important transition 

involve :

involve :

Ground State (

Ground State (

= 0) 

= 0) 

to 

to First Excited State (

First Excited State (

i = 1)

i = 1)

Transition

Transition (

(

= 0) 

= 0) 

to 

to (

(

J

J

 = 2)

 = 2)

 => Overtone

 => Overtone

background image

 

 

IR : Aromatic

IR : Aromatic

=C-H

=C-H

> 3000 cm

> 3000 cm

-1

-1

C=C

C=C

1600  and 1475 cm

1600  and 1475 cm

-1

-1

=C-H

=C-H

out of plane bending: great utility to assign ring substitution

out of plane bending: great utility to assign ring substitution

overtone

overtone

2000-1667: useful to assign ring substitution

2000-1667: useful to assign ring substitution

e.g. Naphthalene: 

e.g. Naphthalene: 

Substitution pattern

Substitution pattern

Isolated H

Isolated H

862-835

862-835

835-805

835-805

760-735

760-735

2 adjacent H

2 adjacent H

4 adjacent H

4 adjacent H

out of plane bending

out of plane bending

background image

 

 

Aromatic substitution: Out of 

Aromatic substitution: Out of 

plane bending

plane bending

background image

 

 

Aromatic substitution: Out of 

Aromatic substitution: Out of 

plane bending

plane bending

background image

 

 

background image

 

 

Aromatic and Alkene 

Aromatic and Alkene 

substitution

substitution

background image

 

 

IR: Alcohols and Phenols

IR: Alcohols and Phenols

O-H  Free : Sharp 3650-3600

O-H  Free : Sharp 3650-3600

O-H  H-Bond : Broad 3400-3300

O-H  H-Bond : Broad 3400-3300

Intermolecular Hydrogen bonding Increases with concentration
=> Less “Free” OH

Less “Free” OH

background image

 

 

IR: Alcohols and Phenols

IR: Alcohols and Phenols

C-O : 1260-1000 cm

C-O : 1260-1000 cm

-1

-1

 (coupled to C-C => C-C-O)

 (coupled to C-C => C-C-O)

C-O Vibration is sensitive to substitution:

C-O Vibration is sensitive to substitution:

Phenol

Phenol

1220

1220

3` Alcohols

3` Alcohols

1150

1150

2` Alcohols

2` Alcohols

1100

1100

1` Alcohols

1` Alcohols

1050

1050

More complicated than above: shift to lower Wavenumber 

More complicated than above: shift to lower Wavenumber 

With unsaturation (Table 3.2)

With unsaturation (Table 3.2)

background image

 

 

Alcohol

Alcohol

C-O : 1040 cm

C-O : 1040 cm

-1 

-1 

indicate primary alcohol 

indicate primary alcohol 

background image

 

 

Benzyl Alcohol

Benzyl Alcohol

OH

OH

sp

sp

2

2

sp

sp

3

3

Ph

Ph

overtone

overtone

C-O : 1080, 1022 cm

C-O : 1080, 1022 cm

-1 

-1 

: primary OH

: primary OH

Mono

Mono

Subst. Ph

Subst. Ph

735 & 697 cm

735 & 697 cm

-1

-1

background image

 

 

Phenol

Phenol

OH

OH

sp

sp

2

2

Ph

Ph

overtone

overtone

C=C stretch

C=C stretch

Ph-O : 1224 cm

Ph-O : 1224 cm

-1

-1

Mono

Mono

Subst. Ph

Subst. Ph

out-of plane

out-of plane

810 & 752 cm

810 & 752 cm

-1

-1

background image

 

 

Phenol

Phenol

background image

 

 

IR: Ether

IR: Ether

C-O-C

C-O-C

=>

=>

1300-1000 cm

1300-1000 cm

-1

-1

Ph-O-C 

Ph-O-C 

=>

=>

1250 and 1040 cm

1250 and 1040 cm

-1

-1

Aliphatic

Aliphatic

=> 

=> 

1120 cm

1120 cm

-1

-1

C=C in vinyl Ether 

C=C in vinyl Ether 

=> 

=> 

1660-1610 cm

1660-1610 cm

-1

-1

    

    

appear as Doublet => rotational isomers

appear as Doublet => rotational isomers

C

H

2

CH

O

CH

3

~1620

~1620

~1640

~1640

H

2

C

CH

O

CH

3

H

2

C

CH

O

C

H

3

background image

 

 

Ether

Ether

sp

sp

2

2

sp

sp

3

3

Ph

Ph

overtone

overtone

C=C stretch

C=C stretch

Ph-O-C : 1247 cm

Ph-O-C : 1247 cm

-1

-1

 Asymmetric 

 Asymmetric 

stretch

stretch

Ph-O-C : 1040 cm

Ph-O-C : 1040 cm

-1

-1

 Symmetric 

 Symmetric 

stretch

stretch

Mono

Mono

Subst. Ph

Subst. Ph

out-of plane

out-of plane

784, 754 & 692 

784, 754 & 692 

cm

cm

-1

-1

background image

 

 

O

H

CH

C

H

3

C

H

3

CH

3

O

IR: Carbonyl

IR: Carbonyl

From 1850 – 1650 cm

From 1850 – 1650 cm

-1

-1

Ketone 1715 cm

Ketone 1715 cm

-1

-1

 is used as reference point for comparisons

 is used as reference point for comparisons

1715 

1715 

1690

1690

1725 

1725 

 1700

 1700

1710 

1710 

1680

1680

1810

1810

Anhydr

Anhydr

Band

Band

1800

1800

Acid

Acid

Chloride

Chloride

1760

1760

Anhydr

Anhydr

Band 2

Band 2

1735

1735

Ester

Ester

1725

1725

Aldehyde

Aldehyde

1715

1715

Ketone

Ketone

1710

1710

Acid

Acid

1690

1690

Amide

Amide

Factor influencing 

Factor influencing C=O

C=O

1) conjugation

1) conjugation

C=C

C=C

C

C

O

O

C

C

+

+

C

C

C

C

O

O

-

-

Conjugation increase single bond character of 

Conjugation increase single bond character of 

C=O

C=O

 

 

Lower force constant

Lower force constant

 

 

 

 

lower frequency number

lower frequency number

O

OH

background image

 

 

Ketone and Conjugation

Ketone and Conjugation

Conjugation: Lower

Conjugation: Lower

background image

 

 

Ketone and Ring 

Ketone and Ring 

Strain

Strain

Ring Strain: Higher

Ring Strain: Higher

Factors influencing 

Factors influencing C=O

C=O

2) Ring size

2) Ring size

O

1715 cm

1715 cm

-1

-1

Angle ~ 120

Angle ~ 120

o

o

C

H

3

C

H

3

O

O

1751 cm

1751 cm

-1

-1

< 120

< 120

o

o

O

1775 cm

1775 cm

-1

-1

<< 120

<< 120

o

o

background image

 

 

background image

 

 

Factors influencing carbonyl: 

Factors influencing carbonyl: 

C=O

C=O

 

 

3) 

3) 

 substitution effect (Chlorine or other halogens) 

 substitution effect (Chlorine or other halogens) 

C

C—

C

C

X

X

O

O

Result in stronger bound 

Result in stronger bound 

 higher frequency

 higher frequency

O

Cl

1750 cm

1750 cm

-1

-1

4) Hydrogen bonding 

4) Hydrogen bonding 

Decrease 

Decrease 

C=O

C=O

 strenght

 strenght

lower frequency

lower frequency

O

O

CH

3

O

H

1680 cm

1680 cm

-1

-1

background image

 

 

Enol

Enol

background image

 

 

Factors influencing carbonyl: 

Factors influencing carbonyl: 

C=O

C=O

5) Heteroatom

5) Heteroatom

Y

R

O

Inductive effect

Inductive effect

Stronger bond

Stronger bond

higher frequency

higher frequency

e.g. ester

e.g. ester

Y

R

O

Resonance effect

Resonance effect

Weaker bond

Weaker bond

Lower frequence 

Lower frequence 

e.g. amides

e.g. amides

Y

Y

C=O

C=O

Cl

Cl

Br

Br

OH (monomer)

OH (monomer)

OR (Ester)

OR (Ester)

1815-1785

1815-1785

1812

1812

1760

1760

1705-1735

1705-1735

NH2

NH2

SR

SR

1695-1650

1695-1650

1720-1690

1720-1690

inductive

inductive

resonance

resonance

background image

 

 

Ester Carbonyl

Ester Carbonyl

Esters

Esters

C=O 

C=O 

~ 1750 – 1735  cm

~ 1750 – 1735  cm

-1

-1

O-C :  1300 – 1000 2 or more bands

O-C :  1300 – 1000 2 or more bands

Conjugation => lower freq.

R

OR

O

Inductive effect with 

Inductive effect with 

O

O

 

reinforce carbonyl => 

higher

higher

Conjugation with

Conjugation with

 CO

 CO

 

weaken carbonyl => 

Lower

Lower

background image

 

 

Ester carbonyl: 

Ester carbonyl: 

C=O

C=O

background image

 

 

Ester carbonyl: 

Ester carbonyl: 

C=O

C=O

C=O : 1765 cm

C=O : 1765 cm

-1

-1

C-O  1215 cm

C-O  1215 cm

-1

-1

              

              

1193 cm

1193 cm

-1

-1

sp

sp

2

2

C=O

C=O

background image

 

 

Ester carbonyl: 

Ester carbonyl: 

C=O

C=O

background image

 

 

Ester carbonyl : effect of 

Ester carbonyl : effect of 

conjugation

conjugation

background image

 

 

Lactone carbonyl: 

Lactone carbonyl: 

C=O

C=O

Lactones 

Lactones 

 Cyclic Ester 

 Cyclic Ester 

O

O

1735

1735

1720

1720

1760

1760

1770

1770

1750

1750

1800

1800

O

O

O

O

O

O

O

O

O

O

background image

 

 

Carbonyl compounds : Acids

Carbonyl compounds : Acids

Carboxylic acid

Carboxylic acid

Exist as dimer :

Exist as dimer :

C

H

3

C

OH

O

CH

3

C

O

H

O

Strong Hydrogen bond

Strong Hydrogen bond

OH : Very broad 

OH : Very broad 

 3400 – 2400 cm

 3400 – 2400 cm

-1

-1

C=O : broad 

C=O : broad 

 1730 – 1700 cm

 1730 – 1700 cm

-1

-1

C

C

O : 1320 – 1210 cm

O : 1320 – 1210 cm

-1

-1

 Medium intensity

 Medium intensity

background image

 

 

Carbonyl compounds : Acids

Carbonyl compounds : Acids

C=O

C=O

OH

OH

C=O :  1711 cm

C=O :  1711 cm

-1

-1

OH : Very Broad 3300 to 2500 cm

OH : Very Broad 3300 to 2500 cm

-1

-1

C-O : 1285, 1207 cm

C-O : 1285, 1207 cm

-1

-1

background image

 

 

Anhydride

Anhydride

s

s

C

H

3

O

O

CH

3

O

C=O always has 2 bands:

C=O always has 2 bands:

1830-1800  and  1775-1740 cm

1830-1800  and  1775-1740 cm

-1

-1

C

C

—O  multiple bands 1300 – 900 cm

—O  multiple bands 1300 – 900 cm

-1

-1

background image

 

 

Carbonyl compounds : Aldehydes

Carbonyl compounds : Aldehydes

Aldehydes

Aldehydes

C=O 

C=O 

~ 1725 cm

~ 1725 cm

-1

-1

O=C-H  :  2 weak bands 2750, 2850 cm

O=C-H  :  2 weak bands 2750, 2850 cm

-1

-1

Conjugation => lower freq.

C=O : 1724 cm

C=O : 1724 cm

-1

-1

background image

 

 

Carbonyl compounds : Aldehydes

Carbonyl compounds : Aldehydes

background image

 

 

Aldehydes

Aldehydes

background image

 

 

Other carbonyl

Other carbonyl

Amides

Amides

Lactams

Lactams

Acid Chlorides

Acid Chlorides

C=O  ~1680-1630 cm

C=O  ~1680-1630 cm

-1   

-1   

(band I)

(band I)

NH

NH

2

2

   ~ 3350 and 3180 cm

   ~ 3350 and 3180 cm

-1

-1

 (stretch) 

 (stretch) 

NH    ~ 3300 cm

NH    ~ 3300 cm

-1

-1

 (stretch) 

 (stretch) 

NH    ~ 1640-1550 cm

NH    ~ 1640-1550 cm

-1

-1

 (bending) 

 (bending) 

NH

O

R

R

 

 Cl

Cl

O

O

1810-1775  cm

1810-1775  cm

-1

-1

 Cl          730 – 550  cm

 Cl          730 – 550  cm

-1

-1

~1660

~1660

NH

O

~1705

~1705

NH

O

~1745

~1745

Increase with strain

Increase with strain

background image

 

 

Amides

Amides

NH

NH

2

2

 : Symmetrical stretch =>3170 cm

 : Symmetrical stretch =>3170 cm

-1

-1

asymmetrical stretch => 3352 cm

asymmetrical stretch => 3352 cm

-1

-1

C=O : 1640 cm

C=O : 1640 cm

-1

-1

NH Out of plane

NH Out of plane

background image

 

 

Amides

Amides

background image

 

 

Acid Chlorides

Acid Chlorides

background image

 

 

Amino acid

Amino acid

Exist as zwitterions 

Exist as zwitterions 

C

C

CO

CO

2

2

-

-

NH

NH

3

3

+

+

NH

NH

3

3

+

+

 :  very broad  3330-2380

 :  very broad  3330-2380

(OH  +   

(OH  +   NH

NH

3

3

+

+

 

 

)

)

C

C

O

O

O

O

1600 – 1590 strong

1600 – 1590 strong

background image

 

 

Amino acid

Amino acid

background image

 

 

Amine

Amine

NH      3500 – 3300 cm

NH      3500 – 3300 cm

-1

-1

NH : 2 bands

NH : 2 bands

NH : 1 band

NH : 1 band

NH  bending :     1650 – 1500 cm

NH  bending :     1650 – 1500 cm

-1

-1

C-N  :     1350 – 1000 cm

C-N  :     1350 – 1000 cm

-1

-1

NH  out-of-plane :     ~ 800 cm

NH  out-of-plane :     ~ 800 cm

-1

-1

Amine salt

Amine salt

NH

NH

+

+

      3500 – 3030 cm

      3500 – 3030 cm

-1

-1

  broad / strong

  broad / strong

Ammonium  

Ammonium  

  primary  

  primary  

  secomdary  

  secomdary  

 

 

right

right

Left

Left

background image

 

 

Amine

Amine

Primary Amine

Primary Amine

Secondary Amine

Secondary Amine

Tertiary Amine

Tertiary Amine

background image

 

 

Aromatic Amine

Aromatic Amine

background image

 

 

Other Nitrogen Compounds

Other Nitrogen Compounds

Nitriles

Nitriles

Isocyanates

Isocyanates

Isothiocyanates

Isothiocyanates

Imines / Oximes

Imines / Oximes

R-C

R-C

N  : 

N  : 

Sharp   2250 cm

Sharp   2250 cm

-1

-1

Conjugation moves to lower frequency

Conjugation moves to lower frequency

R-N=C=O

R-N=C=O

Broad   ~ 2270 cm

Broad   ~ 2270 cm

-1

-1

R-N=C=S

R-N=C=S

2 Broad peaks  ~ 2125 cm

2 Broad peaks  ~ 2125 cm

-1

-1

2

2

C=N-R

C=N-R

1690 - 1640 cm

1690 - 1640 cm

-1

-1

background image

 

 

Nitrile

Nitrile

C

N

CH

background image

 

 

Nitrile

Nitrile

background image

 

 

Nitrile and Isocyanate

Nitrile and Isocyanate

background image

 

 

Nitro

Nitro

N

N

O

O

O

O

+

+

-

-

Aliphatic :

Aliphatic :

Asymmetric : 1600-1530 cm

Asymmetric : 1600-1530 cm

-1

-1

Symmetric   : 1390-1300 cm

Symmetric   : 1390-1300 cm

-1

-1

Aromatic :

Aromatic :

Asymmetric : 1550-1490 cm

Asymmetric : 1550-1490 cm

-1

-1

Symmetric   : 1355-1315 cm

Symmetric   : 1355-1315 cm

-1

-1

background image

 

 

Nitro

Nitro

background image

 

 

Nitro

Nitro

background image

 

 

Sulfur

Sulfur

Mercaptans

Mercaptans

S – H  : weak  2600-2550 cm

S – H  : weak  2600-2550 cm

-1

-1

 

 

Since only few absorption in that range it confirm its presence

Since only few absorption in that range it confirm its presence

Sulfides,Disulfides : no useful information

Sulfides,Disulfides : no useful information

Sulfoxides:

Sulfoxides:

R

S

R

O

Strong ~ 1050 cm

Strong ~ 1050 cm

-1

-1

 

 

Sulfones

Sulfones

:

:

Asymetrical ~ 1300 cm

Asymetrical ~ 1300 cm

-1

-1

 

 

Symetrical   ~ 1150 cm

Symetrical   ~ 1150 cm

-1

-1

 

 

R

S

R

O

O

2 bands :

2 bands :

background image

 

 

Sulfur: Mercaptan R-

Sulfur: Mercaptan R-

S-H

S-H

background image

 

 

Sulfur: Sulfonyl Chloride

Sulfur: Sulfonyl Chloride

S=O : 

S=O : 

Asymmetrical stretch: 1375 cm-1

Asymmetrical stretch: 1375 cm-1

Symmetrical Stretch : 1185 cm-1

Symmetrical Stretch : 1185 cm-1

background image

 

 

Sulfur: Sulfonate

Sulfur: Sulfonate

S=O : 

S=O : 

Asymmetrical stretch: 1350 cm-1

Asymmetrical stretch: 1350 cm-1

Symmetrical Stretch : 1175 cm-1

Symmetrical Stretch : 1175 cm-1

S-O :  several bands between 1000 – 750 cm

S-O :  several bands between 1000 – 750 cm

-1

-1

background image

 

 

Sulfur: Sulfonamide

Sulfur: Sulfonamide

S=O : 

S=O : 

Asymmetrical stretch: 1325 cm-1

Asymmetrical stretch: 1325 cm-1

Symmetrical Stretch : 1140 cm-1

Symmetrical Stretch : 1140 cm-1

NH

NH

2

2

 stretch:  3350 and 3250 cm

 stretch:  3350 and 3250 cm

-1

-1

  

  

NH Bend: 1550 cm

NH Bend: 1550 cm

-1

-1

background image

 

 

Halogens

Halogens

C

C

—F  :  1400 – 1000 cm

—F  :  1400 – 1000 cm

-1

-1

C

C

—Cl : strong 785 – 540 cm

—Cl : strong 785 – 540 cm

-1

-1

C

C

—Br : 650 – 510 cm

—Br : 650 – 510 cm

-1

-1

 (out of range with NaCl plates)

 (out of range with NaCl plates)

C

C

—I   : 600 – 485 cm

—I   : 600 – 485 cm

-1

-1

 (out of range)

 (out of range)

background image

 

 

Halogens

Halogens

background image

 

 

Phosphorus

Phosphorus

Phosphines: R-PH

Phosphines: R-PH

2    

2    

 R

 R

2

2

PH

PH

P

P

—H : Sharp 2320 – 2270 cm

—H : Sharp 2320 – 2270 cm

-1

-1

P

P

H

H

2

2

 bending : 1090 – 1075  and 840 - 810 cm

 bending : 1090 – 1075  and 840 - 810 cm

-1

-1

P

P

H bending  : 990 - 886 cm

H bending  : 990 - 886 cm

-1

-1

Phosphine Oxide :  R

Phosphine Oxide :  R

3

3

 P=O

 P=O

P

P

=O very strong : 1210 - 1140 cm

=O very strong : 1210 - 1140 cm

-1

-1

Phosphate Esters :  (OR)

Phosphate Esters :  (OR)

3

3

 P=O

 P=O

P

P

=O very strong : 1300 - 1240 cm

=O very strong : 1300 - 1240 cm

-1

-1

P

P

-O very strong : 1088 – 920 cm

-O very strong : 1088 – 920 cm

-1

-1

P

P

-O : 845 - 725 cm

-O : 845 - 725 cm

-1

-1

background image

 

 

Silicon

Silicon

IR-Organometallic

IR-Organometallic

Index

Si-H :

Si-H :

2200 cm

2200 cm

-1

-1

  (Stretch)

  (Stretch)

950 – 800 cm

950 – 800 cm

-1

-1

  (bend)

  (bend)

Si-O-H :

Si-O-H :

OH:  3700 – 3200 cm

OH:  3700 – 3200 cm

-1

-1

  (Stretch)

  (Stretch)

Si-O : 830 – 1110 cm

Si-O : 830 – 1110 cm

-1

-1


Document Outline