红外光谱和紫外光谱的区别

光的吸收强度，可以用吸光度A、透射比或透光率T、 吸收率1-T、摩尔吸收系数κ中的任何一个来表示。 文献中的紫外光谱数据，是吸光度极大处的波长λmax和 它的摩尔吸收系数κ。 吸光度A和摩尔吸收系数κ吸的关系是由Lambert-Beer 定律确定的：
A =κc L
式中c为溶液的摩尔浓度(mol·l-1)，L为液层的厚度。
第三步，利用其他手段予以核实、确证，排列出化 合物分子的结构式。
C8H16的红外光谱： 反-2-辛烯
由分子式计算不饱和度：U = 1+8+(0-16)/2 = 1。 C = C键伸缩，双键碳C—H键伸缩、弯曲振动； 饱和C—H键的伸缩，面内弯曲，长链亚甲基的面外弯曲。
紫外光谱
Cary500 UV-ViS-NIR 光度计
重要官能团的红外特征吸收
吸收 振 峰动
化合物
C-H拉伸（或伸缩）
烷烃
2960-2850cm-1
C-H弯曲
-CH2-, 1460cm-1 -CH3 , 1380cm-1
异丙基，两个等强度的峰 三级丁基，两个不等强度的峰
吸收 振 峰动
化合物
C-H拉伸 （或伸缩）
C=C，CC，C=C-C=C
苯环(拉伸或伸缩)
C-H弯曲
烯烃
>3000 （中） 3100-3010
1680-1620 强
1000-800
RCH=CH2
R2C=CH2 顺RCH=CHR 反RCH=CHR
1645（中） 910-905强 995-985强
1653（中） 1650（中） 1675（弱）
895-885强 730-650弱且宽 980-965强
三取代
1680（中-弱）
840-790强
四取代 无 四取代
1670（弱-无）
无
共轭烯烃 与烯烃同
向低波数位移，变宽
与烯烃同
吸收峰
振 动
化合物
炔烃
C-H拉伸 C=C，CC，C=C-C=C （或伸缩） 苯环
3310-3300
较强
一取代 2140-2100弱 非对称二取代2260-2190弱
对称 无
C-H弯析
CCH 3100-3000
CCH ~3300
2. 诱导效应: 由于邻近原子或基团的诱导效应的影响使基团中电
荷分布发生变化,从而改变了键的力常数,使振动频率发生变化.
例如:
O
O
R C R 1715 cm-1
R C Cl 1780 cm-1
3. 共轭效应
由于邻近原子或基团的共轭效应使原来基团中双键性质减弱,从 而使力常数减小,使吸收频率降低.
红移现象：由于取代基或溶剂的影响使最大吸收峰向 长波方向移动的现象称为红移现象。 蓝移现象：由于取代基或溶剂的影响使最大吸收峰向 短波方向移动的现象称为蓝移现象。
增色效应：使κ值增加的效应称为增色效应。 减色效应：使κ值减少的效应称为减色效应。
(2) 影响因素 电子跃迁的能差ΔE越大，则最大吸收波长λmax越短。 助色基的影响，使最大吸收向长波位移，颜色加深， 称为助色效应。 空间位阻效应的影响，使最大吸收向长波位移，吸 收强度也减小。 超共轭效应影响，使最大吸收向长波位移。
苯环上的C—H键 伸缩振动吸收峰在3040~3030cm-1；
面内弯曲振动吸收峰在1225~950 cm-1 ；
面外弯曲振动吸收峰在960~690cm-1之间，这一振动在 2000~1670cm-1之间有一个倍频带。它们的位置形状可以 说明苯环的取代状况。
甲苯的红外光谱：
1600~1450苯环骨架振动； 苯环上C—H键：伸缩振动3030，面内弯曲振动1040,1080， 面外弯曲振动730,696，倍频带2000~1667四个峰。
３ 影响紫外光谱的因素
(1) 几个基本概念 生色基：能在某一段光的波长内产生吸收的基团，称 为 这 一 段 波 长 的 生 色 团 或 生 色 基 ， 如 ： C=C 、 C=O 、 NO2等。
助色基：本身在紫外或可见光区不显吸收，当它们连 在双键或共轭体系上时，使吸收向长波方向位移，颜色 加深。如：—OH、—NH2、—Cl等。
红外与紫外光谱
１ 电磁波
电磁波是电磁场的一种运动形态，这种运动以光速C 在空间行进。具有波粒二象性。
波动性：可用波长λ、频率ν或波数σ来描述。
ν=
C λ
= Cσ
微粒性：可用光量子的能量来描述。
E = hν
普朗克常数h = 6.626×10－34 J·s。
波长不同的电磁波性质不同，根据电磁波的波长划分 为几个不同的区域。
醇
酚
醚
羰基化合物
羰基吸收峰的位置对官能团鉴定有特别重要的意义! ①不同羰基的大致吸收位置：
②－I效应、环张力等使νC＝O波数升高； 共轭效应使νC＝O波数波数降低
苯乙酮
O C CH3
C8H16O
CH3(CH2)6CHO
C8H8O2
O O C CH3
(2) 未知物分析的步骤
第一步，通过其他途径确定化合物的分子式，由分 子式计算不饱和度。
１ 分子的振动与红外吸 收(1) 分子的振动
近似的用弹簧连接小球的机械模型来表示；
用Hooke定律来近似的描述。
1 2
k( 1 + m1
1 m2
)Leabharlann 键能增大，键长缩短，力常数k增大。
分子的振动方式 ①伸缩振动：
对称伸缩
不对称伸缩
②弯曲振动： 面内弯曲
面外弯曲
剪式振动
非平面摇摆
平面摇摆 扭曲振动
②指纹区：波数在1500~650cm-1间的低频区，吸收峰主 要是C—C、C—N、C—O单键的伸缩振动和各种键的弯 曲振动产生的。指纹区吸收峰大多与整个分子的结构密 切相关。
若将频率采用波数表示，Hooke’s rule则可表示为：
(2)
式中： k— 化学键的力常数； m —成键原子的质量。
不同分子的结构不同，化学键的力常数不同，成键原 子的质量不同，导致振动频率不同。
每一种振动方式，都有固定的吸收频率。 当E2-E1 = hν时，红外线才能被吸收，因此同一基团 总是在一个特定的范围内产生吸收峰。
红外吸收峰产生的条件 必要条件：辐射光的频率与分子振动的频率相当；
充分条件：必须是能引起分子偶极矩变化的振动。
OCO
HCCH
无红外吸收
无红外吸收
(2) 红外光谱仪
正辛烷的红外光谱：
2960~2850，甲基、亚甲基C—H键伸缩振动； 1466、1380，为C—H键的面内弯曲振动； 726，长链亚甲基面外弯曲振动，（CH2)n中n≥4时出现。
(2) 烯烃 C=C键的伸缩振动吸收峰1680~1600 cm-1，取代基多、 对称性强峰就减弱，共轭使峰增强但频率略降低； 双键碳上的C—H键伸缩振动3095~3010 cm-1 ； 双键碳上的C—H键弯曲振动吸收峰980~650 cm-1。 可判断取代基的数目、性质及顺反异构等情况。
类别
R-X
醇、酚、 醚
胺
键和官能团
C-F C-Cl C-Br C-I
-OH
C-O
RNH2 R2NH
拉
伸
1350-1100强 750-700 中 700-500 中 610-685 中
游离 3650-3500 缔合3400-3200宽峰
说明
不明显
1200-1000
不特征
3500-3300（游离）缔合降低100 3500-3400（游离）缔合降低100
电磁波谱
２ 分子运动与电磁辐射
用电磁波照射有机分子时，分子便会吸收那些与分子 内的能级差相当的电磁波，引起分子振动、转动或电子 运动能级跃迁。
①转动光谱：彼此分开的谱线，在远红外-微波区域内。
②振动光谱：谱带，在中红外区域内。
③电子光谱：互相重叠的谱带，在可见-紫外区域内。
红外光谱
红外光谱的作用：确定化合物中官能团的存在，确定 两个化合物是否相同。
化学键
C―H
C―N
C―O
σ/ cm-1
2853～2960
1180～1360
1080～1300
影响峰位置变化的因素
分子内基团的红外吸收会受到邻近基团及整个分子其他部
分的影响,也会因测定条件及样品的物理状态而改变.所以同一基
团的特征吸收会在一定范围内波动. 1. 成键轨道类型
例如:
CCH 2850-3000
类别 醛、酮
羧酸
酰卤 酸酐 酯 酰胺 腈
键和官能团
拉 伸 (cm-1)
C=O R-CHO
C=O
OH
C=O
C=O C=O C=O NH2 CN
1750-1680
2720 1770-1750（缔合时在1710） 气相在3550，液固缔合时在 3000-2500（宽峰）
1800
1860-1800 1800-1750 1735 1690-1650 3520，3380（游离）缔合降低100
三键碳上的C—H键弯曲振动在700~600cm-1。
1-辛炔的红外光谱：
2120中等强度的峰为C≡C键的伸缩振动； 三键碳上的C—H键伸缩振动3320，弯曲振动638。
(4) 芳烃 苯环的骨架振动在1600~1450cm-1之间有四个吸收峰， 由取代基或共轭情况不同出现的情况可能不同；
２ 红外光谱的表示方法
1500cm－1
特征谱带区 (官能团区)
指纹区
苯乙酮的红外光谱
横坐标：以波数σ 表示频率，一般为4000~400cm-1； 纵坐标：用透射百分率表示吸收的强度。
红外光谱图，以1500cm-1为界分成两个区域：
①特征谱带区：波数在3800~1500cm-1间的高频区，吸收 峰大多由成键原子之间键的伸缩振动产生，与整个分子 的关系不大，不同化合物中的相同官能团的出峰位置相 对固定，可用于确定分子中含有哪些官能团。
溶剂的影响，π→π*跃迁，溶剂极性增加，吸收红移。 n→π*跃迁，溶剂极性增加，吸收蓝移。
４ 各类化合物的紫外吸收
饱和有机化合物： σ→σ*跃迁的紫外 吸收都在远紫外区 ， 吸收波长
<200nm。 只有部分饱和有机化合物如溴化物、碘化物、胺等，
电子跃迁
紫外光的波长范围是4~400nm, 其中4~200nm 为远紫外 区 ， 200~400nm 为 近 紫 外 区 , 可 见 光 的 波 长 范 围 是 400~800nm。
电子的跃迁 ：
σ*
E
π*
CO
n
π
σ
２ 紫外光谱图的组成
横坐标表示吸收光的波长λ，纵坐标表示吸收强度。
丙酮的紫外光谱
例如:
O R C R 1715 cm-1
O CCCR
1665-1685
4. 键张力的影响
主要是环状化合物环的大小不同影响键的力常数,使环内或环上 基团的振动频率发生变化.具体变化在不同体系也有不同. 例如:
*环丙烷的C-H伸缩频率在3030 cm-1，而开链烷烃的C-H伸缩频 率在3000 cm-1以下。
700-600 强
芳烃 取代芳烃
3110-3010中
同芳烃
1600中 1500强
1580弱 1450弱-无
同芳烃
670弱 倍频 2000-1650
一取代770-730， 710-690强
二取代
邻- 770-735强 间- 810-750强
710-690中 对- 833-810强 泛频 2000-1660
重要官能团的红外特征吸收重要官能团的红外特征吸收化合物ch拉伸或伸缩ch弯曲烷烃29602850cm1ch1460cm1ch1380cm1异丙基两个等强度的峰三级丁基两个不等强度的峰化合物ch拉伸或伸缩苯环拉伸或伸缩ch弯曲烯烃168016201000800rchch1653中顺rchchr1650中反rchchr1675弱300031003010三取代1680中弱四取代1670弱无四取代共轭烯烃与烯烃同向低波数位移变宽与烯烃同910905强995985强895885强730650弱且宽980965强840790强吸收峰化合物ch拉伸或伸缩苯环ch弯析33103300一取代21402100弱非对称二取代22602190弱70060031103010中1600中670弱倍频20001650810750强710690中20001660取代芳烃较强对称同芳烃同芳烃1580弱1500强1450弱无一取代770730710690强二取代芳烃rxcfcclcbrci13501100强750700游离36503500缔合34003200宽峰不明显ohco12001000不特征nh35003400游离缔合降低10035003300游离缔合降低100键和官能团类别cm1rcho175016802720羧酸oh酸酐气相在3550液固缔合时在30002500宽峰180018601800180017501735nh1690165035203380游离缔合降低10022602210键和官能团化合物结构与红外光谱的关系相关峰
2260-2210
说明
３ 化合物结构与红外光谱的关系
相关峰：相互依存，可以互相印证的吸收峰称。 (1) 烷烃
饱和碳上C—H键伸缩振动吸收峰2960~2850 cm-1； 饱和碳上C—H键弯曲振动吸收峰1470~1300 cm-1；
多个CH2直链相连， C—H键面外弯曲振动吸收峰 740~720cm-1。
不饱和度：使不饱和化合物的分子成为饱和分子所 需加上的氢分子个数。
U = 1 + n4 +
n3 － n1 2
式中n1，n3，n4为化合物分子中1、3、4价元素的原 子个数。
分子式为C7H8： U = 1 + 7 + (0-8)/2 = 4； 双键U = 1；三键U = 2；碳环 U = 1。 第二步，用红外光谱确定分子中存在的官能团。 根据红外光谱中吸收峰的位置、强度、形状，容易 确定分子中存在哪些官能团。
1-辛烯的红外光谱：
1640中等强度的峰为C=C双键的伸缩振动； 双键碳上的C—H键伸缩振动3080，弯曲振动993,909。
(3) 炔烃
C≡C键伸缩振动吸收峰2260~2100cm-1，若三键两边是 对称的烃基吸收峰减弱或不出现； 三键碳上的C—H键伸缩振动在3320~3310cm-1有强而 尖的吸收峰；
用红外光照射有机分子，样品将选择性地吸收那些与 其振动频率相匹配的波段，从而产生红外光谱。
①键能↑，k↑，则ν或 ↑。例如：
键的类型 K/1010N•cm-1
σ/ cm-1
C≡C 12～18 2100～2260
C=C 8～12 1620～1680
C―C 4～6 700～1200
②成键原子的质量m1或m2↓，则 ↑。例如：