[유기화학] 12-8. 대표적인 작용기의 적외선 스펙트럼 (Infrared Spectra of Some Common Functional Groups)

 

1. IR 해석의 기본 관점

• IR 스펙트럼은 존재하는 흡수뿐 아니라 존재하지 않는 흡수도 구조 판단에 중요한 정보임
• 예:
  • 3300 cm⁻¹ 부근 흡수 없음 → 알코올, 말단 알카인 가능성 낮음
  • 2100–2260 cm⁻¹ 흡수 없음 → C≡C, C≡N 부재
• 작용기별 특징적인 흡수 위치를 종합적으로 판단하여 구조를 추정함

 

2. 탄소 결합 별 IR 흡수 특징

2-1. 알케인 (Alkanes)

• 특징: 기능기 없음 → 정보량이 가장 적음

• 주요 흡수
  • C–H stretch (sp³): 2850–2960 cm⁻¹ (strong)
  • C–C stretch: 800–1300 cm⁻¹
• 대부분의 유기 화합물에 알케인 부분이 포함되어 있어 흔히 관찰됨

 

2-2. 알켄 (Alkenes)

• 주요 흡수
  • =C–H stretch (sp²): 3020–3100 cm⁻¹
  • C=C stretch: 1640–1680 cm⁻¹

• 치환 패턴 판별 (out-of-plane bending, 700–1000 cm⁻¹)
  • 단치환 알켄: 910, 990 cm⁻¹
  • 1,1-이치환 알켄: 890 cm⁻¹
• 대칭성이 높을수록 C=C 피크는 약해질 수 있음

 

2-3. 알카인 (Alkynes)

• 주요 흡수
  • C≡C stretch: 2100–2260 cm⁻¹
  • 말단 알카인 ≡C–H stretch: 3300 cm⁻¹ (sharp, intense)
• 내부 알카인(대칭 C≡C)은 쌍극자 변화가 없어 IR 비활성일 수 있음

 

3. 방향족 화합물 (Aromatic compounds)

• 주요 흡수
  • Ar–H stretch: 3030 cm⁻¹ (weak)
  • 방향족 C=C: 1450–1600 cm⁻¹ (medium)
  • 1660–2000 cm⁻¹: 약한 복합 밴드
• C–H out-of-plane bending (650–1000 cm⁻¹)을 통해 치환 패턴(ortho/meta/para) 판단 가능

 

4. 알코올 (Alcohols)

• 주요 흡수
  • O–H stretch: 3400–3650 cm⁻¹ (broad, intense)
• 수소결합 때문에 매우 넓은 밴드 형성 → 가장 식별이 쉬운 작용기 중 하나
  • 예시: cyclohexanol의 IR spectrum

 

5. 아민 (Amines)

• 주요 흡수
  • N–H stretch: 3300–3500 cm⁻¹ (sharp, medium)
  • 1차 아민은 두 개의 N–H stretch, 2차 아민은 하나의 N–H stretch
• 알코올의 O–H보다 좁고 덜 강함
• 예시: cyclohexylamine의 IR spectrum

 

6. 카보닐 화합물 (Carbonyl compounds)의 개요

• 가장 특징적인 IR 흡수
• C=O stretch: 1670–1780 cm⁻¹ (sharp, strong)
• 정확한 파수는 작용기 종류, 공명, 유도효과, 고리 장력에 따라 달라짐

 

6-1. 알데하이드 (Aldehydes)

• C=O stretch
  • 포화 알데하이드: 1730 cm⁻¹
  • 공명(conjugation) 알데하이드: 1705 cm⁻¹
• 특징적 C–H stretch (–CHO): 2750, 2850 cm⁻¹
  • 케톤과의 구분에 유용함
• 예시: benzaldehyde의 IR spectrum

 

6-2. 케톤 (Ketones)

• C=O stretch
  • saturated ketone: 1715 cm⁻¹
  • 5-membered cyclic ketone: 1750 cm⁻¹
  • 4-membered cyclic ketone: 1780 cm⁻¹
  • aromatic ketone: 1690 cm⁻¹
• 공명 카보닐은 일반적으로 20–30 cm⁻¹ 낮게 이동

 

6-3. 에스터 (Esters)

• C=O stretch
  • 포화 에스터: 1735 cm⁻¹
  • 공명 에스터: 1715 cm⁻¹
• C–O stretch: 1300–1000 cm⁻¹ (두 개의 강한 밴드)

 

Problem 12-9. The IR spectrum of phenylacetylene is shown. What absorption bands can you identify?

Answer.

≡C–H stretch at ~3300 cm⁻¹, C≡C stretch at ~2100–2260 cm⁻¹, aromatic C–H stretch near 3030 cm⁻¹, aromatic C=C absorptions at 1450–1600 cm⁻¹, aromatic out-of-plane C–H bending near 750 cm⁻¹.

 

Problem 12-10. Where might the following compounds have IR absorptions?

 

Answer.

(a) C=O stretch ~1715 cm⁻¹, alkene C=C ~1640–1680 cm⁻¹, =C–H stretch ~3020–3100 cm⁻¹.

(b) ≡C–H stretch ~3300 cm⁻¹, C≡C stretch ~2100–2260 cm⁻¹, aldehyde C=O ~1730 cm⁻¹, aldehyde C–H ~2750 cm⁻¹.

(c) Carboxylic acid O–H (very broad) ~2500–3100 cm⁻¹, C=O ~1710 cm⁻¹, alcohol O–H ~3400–3650 cm⁻¹.

 

Problem 12-11. Where might the following compound have IR absorptions?

Answer.

C=O stretch ~1715–1735 cm⁻¹, C–H stretches (sp³) 2850–2960 cm⁻¹, C–C/C–O absorptions in the fingerprint region.