红外光谱

三、分子的振动与红外吸收
νs 伸缩振动ν伸或 ν ：键长改变 νas
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弯曲振动ν弯或δ ：键角改变的振动
面内
面外
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~ = k f (m1 + m2 ) ν m1m2
~ ν = vibrational frequency in wavenumbers (cm−1)
k = constant f = force constant, indicating the strength of the spring (bond) m1, m2 = masses of attached weights (atoms)
C6H5CH=CHCH2OH
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化合物I (C9H10O)，它的IR在3100-3000 cm-1, 1600~1400 cm-1有多个吸 收峰，其1H NMR谱图如下，写出I的结构
O
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化合物M (C6H12O2)不与羰基试剂反应，它的IR在1728 cm-1有强的 吸收峰，其1H NMR谱图如下，写出M的结构
H H (alkynes)
RCOR'
O
esters Carboxylic acids (alkenes)
(alkenes) (alkanes)
H (alkynes)
RCOH
C H RC C
C OR'
(alcohols, ethers)
1.官能团区：4000~1500cm-1
2. 指纹区：1500-400cm-1
Bond or functional group RC N (nitriles) (aldehydes, RCH, RCR' ketones)
O O O
~ υ 2220 - 2260 1690 - 1750 1735-1750 1710 - 1760 1620 - 1680 1000 - 1260
Leabharlann Baidu
RCO⎯H (carboxlylic acids) R2N⎯Η (amine) RC C
O CH3CH2 C O CH(CH3)2
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化合物K (C4H8O2)的IR在1720 cm-1, 3600~3200 cm-1有强的特征 吸收峰，其1H NMR谱图如下，写出K的结构
O CH3CH C CH3 HO
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化合物A (C10H18O3)用碱水解后在酸性条件下加热放出CO2, 并得 B(C7H14O), B可与羰基试剂反应，也可与I2/OH-作用生成CHI3。A 的IR在1710cm-1和1740cm-1有强特征吸收峰，A的1H NMR谱图如 下，写出A和B的结构
A CH3 O CH2CH3 C C CO2CH2CH3 CH2CH3 B CH3 O CH2CH3 C CH CH2CH3
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化合物C(C5H7NO2), IR在2250, 1750 cm-1有特征吸收，1H NMR 谱图如下，写出A的结构
O H 2 CH3CH2 O C C C N
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§5 1H NMR与IR谱图解析实例
化合物H (C9H10O)，它的IR在3600-3200 cm-1, 1650 cm-1, 1600~1400 cm-1有特征吸收峰，其1H NMR谱图如下，写出H的结构
不饱和度 Ω =
2 X 4价原子数 ＋ 3价原子数 － 1价原子数 ＋ 2 2 2 X n4 + n3 -n1 +2 2
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δ C-H
Typical Infrared C-H out-of-Plane Bending Vibrations for Substituted Benzenes (cm −1)
R R R R R
R R
690 - 710 730 - 770
735 - 770
690 - 710 750 - 810
近红外：λ = 0.78μm~2.5μm 中红外： 2.5μm~25μm 远红外： 25μm~500μm
~ ν
12820~4000 cm-1 4000~400 cm-1 400~20 cm-1
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二、红外光谱的产生
高能级
Δ E = hν = hc/λ
低能级 振动能级
红外光谱: 分子的振动能级 跃迁所产生的吸 收光谱
Visible spectroscopy 400-800 nm
Infrared (IR) spectroscopy
Ultraviolet (UV) spectroscopy 200 nm – 400 nm
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§1 基本原理
一、红外光
λ = 0.78μm~500μm
~ ν = 1 (cm-1) λ 波数
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二、影响因素
外部因素 1. 诱导效应 内部因素
O R C R O R C Cl ~ 1800 cm-1
νC=O ~ 1715 cm-1
2. 共轭效应
νC=O ~ 1715 cm-1
O R C R
O R C C C
3. 氢键
νC=O ~ 1680 cm-1 νC=C ~ 1620 cm-1
νC=C ~ 1650 cm-1
氢键作用削弱O-H或N-H键，通过氢键缔合的O-H或N-H键吸收频率降低
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§4 典型红外谱图
ν C-H 3000~2850 cm-1 (s) δ C-H 1460 cm-1 (CH2)
1380 cm-1 (CH3)
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ν C=C-H 3100~3000 cm-1 (w) νC=C ~1650 cm-1 (m)
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2820 2736
1703
ν C=O 1750~1700 cm-1 (vs) ν CHO 2820 cm-1 (m), 2720 cm-1 (m)
O C H
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1715
ν C=O ~1715 cm-1 (vs)
O H3C C CH3
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1685
ν C=O ~1715 cm-1 (vs)
O C CH3
790 - 840
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ν O-H
3650~3600 cm-1 (sharp, s)自由状态 3500~3200 cm-1 (br, s)缔合状态
ν C-O 1300~1000 cm-1 (s)
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2845 2734
1726
O H 3C C H
ν C=O 1750~1700 cm-1 (vs) ν CHO 2820 cm-1 (m), 2720 cm-1 (m)
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同一谱图中，用如下符号表示吸收的相对强度 vs (很强) very strong m (中) medium v (可变) variable s (强) strong w (弱) weak
Broad peak (br) sharp peak shoulder peak(sh) double peak (d)
Note: 振动过程中没有偶极矩变化的分子没有红外吸收 如： N H-H RC CR N
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§2 红外光谱图
一、IR测定方法
气体：吸收池 液体：吸收池；NaCl晶片 固体：KBr压片，但易吸潮，在3430cm-1, 1640cm-1处有H2O的吸收；吸收池； NaCl晶片；石蜡糊
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二、IR光谱图表示法
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§3 特征频率及其影响因素
一、特征频率
Characteristic Inafrared Stretching Wavenumber Ranges of Organic Molecules
Bond or functional group RO⎯H (alcohols)
O
~ υ 3200 - 3650 2500 - 3300 3250 - 3500 3260 - 3330 3050 - 3150 2840 - 3000 2100 - 2260
R
H
R
H
R
H
δC=C-H
H
915, 995 cm−1
H
R
H
R
R
890 cm−1
970 cm−1
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ν ν
C-H
3310 cm-1 (s)
2250-2210 cm-1 (m)
νC
N
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ν Ph-H 3100~3000 cm-1(m) ν C=C骨架 1600, 1580, 1500, 1450 cm-1