常見官能基特徵吸收

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建立於 2026年10月22日

學習重點 建立紅外光譜的區域概念：O–H、N–H 位於高波數區（約 3100～3600 cm⁻¹），C–H 伸縮約在 2850～3100 cm⁻¹，三鍵約在 2100～2300 cm⁻¹，羰基約在 1700 cm⁻¹。 同時判讀吸收位置與峰形：醇類 O–H 常呈寬峰，N–H 可利用吸收帶數目輔助辨認。 分清伸縮振動與彎曲振動，以及波數與波長的反向關係。 掌握共軛使羰基吸收波數降低、小環張力通常使環酮羰基吸收波數升高的趨勢。 從藥物結構確認官能基，能辨認 aspirin 與 dexamethasone 的主要吸收帶。 核心觀念 一、紅外光譜如何用於官能基鑑定 紅外光吸收對應分子的振動能階變化；振動過程中須有偶極矩改變，才會產生紅外吸收。不同化學鍵具有特徵吸收區域，因此紅外光譜特別適合確認羥基、胺基、羰基及腈基等官能基。 光譜橫軸常以波數，單位 cm⁻¹表示。波數愈高，頻率與能量愈高，波長愈短；反之，波長最高即波數最低。比較 N–H、C–H、C=O、C–C 的典型伸縮吸收時，波數由高到低約為 N–H ＞ C–H ＞ C=O ＞ C–C，C–C 位於最低波數區，因此波長最長。 伸縮振動是鍵長改變；彎曲振動是鍵角改變。同一種鍵的伸縮振動通常位於比彎曲振動更高的波數。看到 3200～3600 cm⁻¹ 的 O–H 特徵帶，應判為O–H 伸縮振動，而非彎曲振動。 二、常見官能基特徵吸收表 下列為常用近似範圍。吸收位置會隨氫鍵、共軛、取代基及測定條件改變，判題應看整體區域與結構，避免將邊界視為絕對切點。 官能基或鍵結常見波數（cm⁻¹）判讀重點 醇、酚 O–H 伸縮約 3200～3600形成氫鍵時常呈寬峰；3200～3500 是常見考試範圍。 羧酸 O–H 伸縮約 2500～3300非常寬，可與 C–H 吸收重疊。 N–H 伸縮約 3300～3500；醯胺常約 3100～3400與 O–H 區域重疊，須配合峰形、峰數與結構。 C–H 伸縮主要約 2850～3100飽和碳 C–H 多低於 3000；烯、芳香環 C–H 多略高於 3000。 C≡N 伸縮約 2210～2260通常較尖銳；概略分類可歸於 2200～2300。 C≡C 伸縮約 2100～2260吸收可能偏弱；須與末端炔的 ≡C–H 吸收區分。 C=O 伸縮多在約 1650～1800通常為明顯強峰，位置受羰基種類與結構環境影響。 烯類 C=C 伸縮約 1620～1680不可誤放到三鍵區。 芳香環骨架 C=C 伸縮約 1500、1600常見數個吸收帶，應整體辨認。 C–O 伸縮約 1000～1300屬較低波數區，不是羰基的主要吸收位置。 三、O–H 與 N–H：位置重疊時如何選 題幹只給 3200～3500 cm⁻¹，而選項為 O–H、C–O、C=O、C=C、C≡N 時，應選O–H，因為其餘鍵結都落在 2300 cm⁻¹ 以下。但不能因此認定這一區只有 O–H：N–H 也可出現在相近位置。 一級胺的 NH₂ 通常有對稱與不對稱伸縮，常見兩條 N–H 吸收帶；二級胺通常一條，三級胺因無 N–H 鍵而無此伸縮帶。醯胺 N–H 常可落在約 3100～3400 cm⁻¹ 附近。當選項為 C≡N、C≡C、C=C 與 NH₂，而訊號位於約 3200 cm⁻¹，應判為 NH₂，因為三鍵與雙鍵都在更低波數。 末端炔的 ≡C–H 伸縮也可接近 3300 cm⁻¹，但這是C–H 鍵的吸收；C≡C 三鍵本身的伸縮位於約 2100～2260 cm⁻¹，兩者不可混為一談。 四、羰基：以紅外光譜確認，並看結構造成的位移 確認藥物是否具有羰基時，紅外光譜法最適合直接觀察 C=O 特徵伸縮吸收。紫外光譜偏重電子躍遷與發色團資訊；質譜提供分子量與碎片資訊；原子吸收光譜主要用於金屬元素分析，無法鑑定官能基。 一般非共軛、非小環酮的 C=O 約在 1715 cm⁻¹。共軛使羰基有效鍵級降低，吸收往較低波數移動；小環環酮則因環張力，羰基吸收通常往較高波數移動。酯、羧酸、醯胺等各有不同吸收位置，因此不能把所有羰基都固定背成單一數值。 五、從藥物結構連結實際吸收帶 Dexamethasone含醇羥基、C–H、非共軛羰基與共軛羰基（α,β-不飽和酮）。其主要吸收帶判讀如下： 吸收帶（cm⁻¹）歸屬 3140～3600醇類 O–H 伸縮（alcoholic OH stretch） 2750～3122C–H 伸縮 1705非共軛羰基 C=O 伸縮 1655共軛羰基 C=O 伸縮 2750～3122 cm⁻¹ 是整組實測吸收範圍，不宜當作所有 C–H 的固定標準範圍。1655 cm⁻¹ 較 1705 cm⁻¹ 低，正反映共軛效應；不能只因 1655 cm⁻¹ 接近烯類區域，就一律判成 C=C。 Aspirin（乙醯水楊酸）具有芳香環與甲基的 C–H、羧酸與酯的 C=O，以及羧酸的 O–H。其結構不含氮，因此沒有 N–H 吸收。酚羥基雖已乙醯化，羧酸羥基仍存在，不能判成完全沒有 O–H。 六、官能基區與指紋區 一般將約 4000～1500 cm⁻¹ 視為官能基判讀的重要區域；約 1500～400 cm⁻¹ 為指紋區。指紋區吸收複雜，常用於與標準光譜比對，以確認化合物身分。 600～950 cm⁻¹ 可提供芳香環或烯類 C–H 面外彎曲等資訊，但不能將此狹窄區段概括為廣泛解析所有化合物詳細結構的主要依據。詳細鑑定仍須結合整張光譜及其他結構資訊。 常考陷阱 把波數當波長：問波長最高時，要找波數最低者（C–C）；不可直接選高波數的 N–H。 把伸縮寫成彎曲：約 3200～3600 cm⁻¹ 的 O–H 特徵帶應判為伸縮振動，選項寫「O–H bending」即錯。 交換官能基區域：C–H 伸縮不在 1500～1700；C=O 不在 1050～1300；C=C 不在 2100～2260 cm⁻¹；O–H 不在 900～1300、1600～1800 或 2000～2500 cm⁻¹。 把 dexamethasone 的 2750～3122 cm⁻¹ 判成 O–H：此帶為 C–H 伸縮；O–H 伸縮是更高波數的 3140～3600 cm⁻¹。 只憑 3200 cm⁻¹ 就鎖定羥基：N–H 也可能出現，須依選項、峰形及分子結構判斷；選項沒有 O–H 而有 NH₂ 時選 NH₂。 認為共軛使羰基波數升高：共軛通常降低波數；小環環酮的環張力通常提高波數。 把「沒有酚羥基」當成「沒有 O–H」：aspirin 仍有羧酸 O–H；它缺少的是 N–H。 用紫外光、質譜或原子吸收確認羰基：確認官能基首選紅外光譜。 過度解讀單一低波數區段：指紋區適合整體比對，不能只靠 600～950 cm⁻¹ 就宣稱可廣泛解析詳細結構。 記憶口訣 「三千多看氫（O–H、N–H、C–H）、兩千二看三鍵、一千七看羰基、一千以下看單鍵與指紋。」先用大區域篩選，再看峰形與結構。 「共軛往低、小環酮往高；波數越高，波長越小。」