有机化学：有机化合物的波谱分析(6H)
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第七章 有机化合物的波谱分析
第一节 电磁波与分子吸收光谱
第二节 红外光谱
第三节 核磁共振谱
第一页，共92页。
测定有机化合物的方法有两种，即化学方法和物 理方法。随着科学技术的不断发展，近三、四十年来 研究有机化合物的结构，主要采用以各种新型精密仪 器为手段的物理方法，该法的优点有：
样品用量少（一般在3~5mg，有的在微克级）； 测定时间短；
Eh hc
第八页，共92页。
所以，对某一分子来说，它只能吸收某一特定 频率的辐射能量。
如吸收的能量引起分子中价电子跃迁而产生的 吸收光谱叫做紫外光谱。
如吸收的能量引起分子中成键原子振动能级的跃迁 而产生的光谱，叫做红外光谱。
如吸收的能量引起分子中核自旋能级跃迁而产生的 光谱叫做核磁共振谱。
第九页，共92页。
操作方法简便；
测定结果准确性高（质谱法误差10-9 ）。
第二页，共92页。
四谱：
紫外光谱（简称UV） （Ultraviolet Spectroscopy）
红外光谱（简称IR）
（Infrared Spectroscopy）
核磁共振谱（简称NMR）
（Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy）
IR：3430, 3360, 3200, 3050, 1620, 1600, 1500, 1460, 1310, 1280, 760, 690cm-1
第三十七页，共92页。
Br OH
图7-9 2-溴苯酚的红外光谱图 IR：3500, 3080, 1600, 1480, 1350, 1300, 840, 750, 6602 C NH2
图7-22 丙酰胺的红外光谱图
IR：3360, 3200, 2920, 2860, 1660, 1470, 1420, 1300,
1150cm-1
第五十页，共92页。
第二节 红外光谱
分子所吸收的光能引起分子中成键原子振动能级 的跃迁 ，其吸收波长大多位于2.5~25μm（波数 4000~400cm-1 ）内，属中红外区域，故称为红外光 谱。红外光谱法是测定有机化合物的重要物理方法 之一。它可用于分子中所含官能团的鉴定，亦可进行 组分纯度分析及某些理论研究，还可与其它物理方法 配合来推断未知物分子的结构。
X-H伸缩振动
三键
双键
其它伸缩振动，
(X: C, N, O, S)
累积双键 伸缩振动 第二十五页，共92页。
弯曲振动
面
外 弯 曲 振 动 峰
苯 环 的 组 合 频 峰
谱和
带
第二十六页，共92页。
峰的强度
770~730 强
710~690 强
770~735 强
810~750 强 710~690 中
833~810 强
第二十三页，共92页。
第二十四页，共92页。
3000
2000
1000
-CC-H
游离OH ~3600 缔合OH
~3300
COOH
~3000 -SH
~2120
2600~2550
-CHO
~1370 ~1550 -NO2 C-O-C
1300~1020
-NH2 3300~
2820,2720 C=C-H ~2850
吸收带的位置，以透射百分率（T%）为纵坐标来表 示吸收强度。例如，2-丁醇的红外光谱图如下：
第二十二页，共92页。
三、有机物基团的特征吸收
通常将红外光谱谱带分三个区域。
高频区（4000~2000cm-1）：主要是由化学键和官能
团的伸缩振动所产生，故称为特征吸收峰。
低频区（2000~1400cm-1）：也主要是由化学键和 官能团的伸缩振动和弯曲振动所产生。 指纹区（1400~650cm-1）：该区域红外吸收峰密集 而复杂，就像人的指纹一样，故称为指纹区。
第三十一页，共92页。
CH3
图7-3 1-甲基环己烯的红外光谱图
IR：3040, 2930, 2830, 1680, 1450, 1380, 800cm-1
第三十二页，共92页。
图7-4 -蒎烯的红外光谱图 IR：3080, 2910, 2880, 1650, 1460, 1390, 1370, 870cm-1
第三十三页，共92页。
H CC (C H 2)3C H 3
图7-5 1-己炔的红外光谱图 IR：3305, 2960, 2880, 2120, 1470, 1440, 1380, 640cm-1
第三十四页，共92页。
C H 3 CC C H 2 C H 2 C H 3
图7-6 2-己炔的红外光谱图
CH3CH2CHCHO CH3
图7-13 2-甲基丁醛的红外光谱图
IR：2970, 2890, 2800, 2705, 1730, 1460, 1380cm-1
第四十二页，共92页。
CH2=CHCHO
图7-14 丙烯醛的红外光谱图 IR：3060, 2805, 2770, 2700, 1700, 1620, 1420, 1380,
第四十七页，共92页。
OO CH3CH2C O CCH2CH3
图7-20 丙酸酐的红外光谱图 IR：2995, 2950, 2890, 1815, 1760, 1470, 1420, 1360,
1050cm-1
第四十八页，共92页。
O CH3 C OCH=CH2
图7-21 乙酸乙烯酯的红外光谱图 IR：3100, 1760, 1650, 1440, 1380, 1220, 1150cm-1
第十八页，共92页。
一、基本原理 1、分子的振动类型
伸缩振动——成键原子沿着键轴的伸长或缩短（键
长发生改变，键角不变）。
对称伸缩振动（s）
不对称伸缩振动（as）
第十九页，共92页。
弯曲振动——引起键角改变的振动。
+
+
+
-
平面摇摆
剪式振动
面内弯曲
非平面摇摆 非平面振动
面外弯曲
第二十页，共92页。
780~760 强 745~705 中
885~870 中 825~805 强
865~810 强 730~675 强
烯烃弯曲振动特征吸收频率
化合物
RCH=CH2 R2C=CH2 顺-RCH=CHR 反-RCH=CHR
δ=CH /cm-1 995~985 920~905 900~880
730~675
980~960
>C=O
~1715
~1380 ~1460 -CH3
苯 指
3500 -NHR
~2870
-CN
~2925, CH2 ~2240
C=C
-CH2-
~1630 ~1470
纹 区
~2960, CH3
-CC~2220
C-OH
酚伯
-CC-H ~3300
-C-H
苯环 ~1600
叔仲 ~1460
~2885
~1500
~1580
IR：2970, 2880, 1460, 1390, 1350cm-1
第三十五页，共92页。
CH2CH3
图7-7 乙苯的红外光谱图 IR：3020, 2970, 2940, 2880, 1605, 1500, 1460, 1380,
750, 700cm-1
第三十六页，共92页。
NH2
图7-8 苯胺的红外光谱图
第二十九页，共92页。
CH 3(CH 2)8CH 3
图7-1 癸烷的红外光谱图 IR：2960, 2930, 2860, 1460, 1380, 720cm-1
第三十页，共92页。
CH3 CH3CCH2CH2CH3
CH3
图7-2 2,2-二甲基戊烷的红外光谱图 IR：2960, 2890, 1480, 1400, 1370, 740cm-1
质谱（简称MS） （Mass Spectroscopy）
第三页，共92页。
第一节 电磁波与分子吸收光谱
一、电磁波 光是电磁波，又称电磁辐射，具有波、粒二象
性。它的区域范围很广，可从波长极短的宇宙射线 到波长较长的无线电波，见表7-1所示。
第四页，共92页。
表7-1 电磁波谱表
第五页，共92页。
1、光的频率与波长的关系
1070cm-1
第四十五页，共92页。
Cl CO2H
图7-18 2-氯苯甲酸的红外光谱图
IR：2920, 2870, 1695, 1600, 1460, 1410, 1380, 745cm-1
第四十六页，共92页。
O CH3 C Cl
图7-19 乙酰氯的红外光谱图 IR：3010, 2940, 1805, 1420, 1370, 1100cm-1
第十页，共92页。
红外光谱仪系列
WGH-30A双光束红外分光光度计（天津）
第十一页，共92页。
第十二页，共92页。
Digilab傅立叶变换红外光谱仪
第十三页，共92页。
便携式傅立叶红外(TransportKit)分析仪
第十四页，共92页。
傅立叶变换近红外（FT-NIR）光谱仪
第十五页，共92页。
第三十八页，共92页。
O CCH3 Cl
图7-10 4-氯苯乙酮的红外光谱图 IR：3060, 3000, 2217, 1690, 1600, 1490, 1430, 1400,
1370, 1260, 840, 760cm-1
第三十九页，共92页。
CH3CHCH2CH3 OH
图7-11 2-丁醇的红外光谱图
1160cm-1
第四十三页，共92页。
O CH3CCH2CH2CH2CH3
图7-16 2-己酮的红外光谱图
IR：2970, 2880, 1720, 1470, 1360, 1450, 1380, 1180cm-1
第四十四页，共92页。
O CH3
图7-17 2-甲基-2-环戊烯酮的红外光谱图
IR：2920, 2860, 1700, 1640, 1450, 1410, 1380, 1330,
第二十八页，共92页。
五、红外光谱图的解析 1、不饱和度（Degree of unsaturation）的计算
(n C 1 )1 2[n (N n P) (n H n X )] 2、找出谱图中各基团的特征吸收峰
主要针对强吸收峰进行解析。 3、结合其它信息，最终确定分子结构
通常要结合化学方法和其它物理方法所获得的信息， 再进行综合解析。
IR：3350, 2960, 2880, 1460, 1380, 1110cm-1
第四十页，共92页。
Cl OCH3
图7-12 2-氯苯甲醚的红外光谱图 IR：3060, 3005, 2945, 2840, 1595, 1490, 1300, 1070,
750, 690cm-1
第四十一页，共92页。
峰的强度 强 强 强
弱且宽
强
第二十七页，共92页。
四、测定方法
1、液体：一般采用盐片法测定。 2、气体：通常用气体槽来测定。 3、固体：通常是将固体制成糊状、压成薄片或者配 成溶液进行测定。 石腊糊法：以石腊油为分散剂，把固体样品磨成糊 状后进行测定。 压盐片法 溶液法：常用的溶剂有四氯化碳、二硫化碳和氯 仿等。
2、电磁波的能量
E h hc
h--普朗克常数（6.626×10-34J.s）
每一种波长的电磁波辐射时都伴随着产生能量，而 且该能量是量子化的。
第七页，共92页。
二、分子吸收光谱 分子吸收辐射，会引起原子的转动、振动，或激
发电子从低能级跃迁到高能级。但分子吸收辐射并非 都是有效的，它们须遵循量子化，即电磁波辐射的能 量恰好等于两个能级之间的能量差（ΔΕ）时，分 子吸收才是有效的。
2、振动频率和红外吸收 分子的振动遵守胡克定律。
K
m1
m2
双原子分子伸缩振动示意图
一个化学键的振动频率或振动波数与化学键的
强度（键的力常数：K）及振动原子的质量（m1和 m2）有关，它们的关系式如下：
1 k 2
或 1 k 2c
m1m2
m1 m2
折合质量
第二十一页，共92页。
二、红外光谱图的表示方法 红外光谱图以波长（或波数）为横坐标来表示
C Cσ
υ--频率，单位：赫（Hz）或s-1； λ--波长，单位：厘米（cm）;
c --电磁波传播的速度，即光速=2.9979×1010cm/s。
频率的另一种表示方法是用波数（σ，单位： cm-1） 。
问：波长为300nm的光，其波数是多少？
130 11 0 07333 c3 m 13
第六页，共92页。
智能傅立叶红外(Nicolet 380)光谱仪
第十六页，共92页。
智能傅立叶红外(Nicolet 5700-8700)光谱仪
第十七页，共92页。
红外光谱法的优点
1、气态、液态、固态样品均可进行测定。
2、每种有机化合物均有红外吸收，故从IR谱图中可获 得丰富的信息；
3、相对核磁、质谱而言，红外光谱仪价格低廉， 易于购置； 4、样品用量少。较为高级的红外光谱仪用样品量 可减少到微克数量级。
第一节 电磁波与分子吸收光谱
第二节 红外光谱
第三节 核磁共振谱
第一页，共92页。
测定有机化合物的方法有两种，即化学方法和物 理方法。随着科学技术的不断发展，近三、四十年来 研究有机化合物的结构，主要采用以各种新型精密仪 器为手段的物理方法，该法的优点有：
样品用量少（一般在3~5mg，有的在微克级）； 测定时间短；
Eh hc
第八页，共92页。
所以，对某一分子来说，它只能吸收某一特定 频率的辐射能量。
如吸收的能量引起分子中价电子跃迁而产生的 吸收光谱叫做紫外光谱。
如吸收的能量引起分子中成键原子振动能级的跃迁 而产生的光谱，叫做红外光谱。
如吸收的能量引起分子中核自旋能级跃迁而产生的 光谱叫做核磁共振谱。
第九页，共92页。
操作方法简便；
测定结果准确性高（质谱法误差10-9 ）。
第二页，共92页。
四谱：
紫外光谱（简称UV） （Ultraviolet Spectroscopy）
红外光谱（简称IR）
（Infrared Spectroscopy）
核磁共振谱（简称NMR）
（Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy）
IR：3430, 3360, 3200, 3050, 1620, 1600, 1500, 1460, 1310, 1280, 760, 690cm-1
第三十七页，共92页。
Br OH
图7-9 2-溴苯酚的红外光谱图 IR：3500, 3080, 1600, 1480, 1350, 1300, 840, 750, 6602 C NH2
图7-22 丙酰胺的红外光谱图
IR：3360, 3200, 2920, 2860, 1660, 1470, 1420, 1300,
1150cm-1
第五十页，共92页。
第二节 红外光谱
分子所吸收的光能引起分子中成键原子振动能级 的跃迁 ，其吸收波长大多位于2.5~25μm（波数 4000~400cm-1 ）内，属中红外区域，故称为红外光 谱。红外光谱法是测定有机化合物的重要物理方法 之一。它可用于分子中所含官能团的鉴定，亦可进行 组分纯度分析及某些理论研究，还可与其它物理方法 配合来推断未知物分子的结构。
X-H伸缩振动
三键
双键
其它伸缩振动，
(X: C, N, O, S)
累积双键 伸缩振动 第二十五页，共92页。
弯曲振动
面
外 弯 曲 振 动 峰
苯 环 的 组 合 频 峰
谱和
带
第二十六页，共92页。
峰的强度
770~730 强
710~690 强
770~735 强
810~750 强 710~690 中
833~810 强
第二十三页，共92页。
第二十四页，共92页。
3000
2000
1000
-CC-H
游离OH ~3600 缔合OH
~3300
COOH
~3000 -SH
~2120
2600~2550
-CHO
~1370 ~1550 -NO2 C-O-C
1300~1020
-NH2 3300~
2820,2720 C=C-H ~2850
吸收带的位置，以透射百分率（T%）为纵坐标来表 示吸收强度。例如，2-丁醇的红外光谱图如下：
第二十二页，共92页。
三、有机物基团的特征吸收
通常将红外光谱谱带分三个区域。
高频区（4000~2000cm-1）：主要是由化学键和官能
团的伸缩振动所产生，故称为特征吸收峰。
低频区（2000~1400cm-1）：也主要是由化学键和 官能团的伸缩振动和弯曲振动所产生。 指纹区（1400~650cm-1）：该区域红外吸收峰密集 而复杂，就像人的指纹一样，故称为指纹区。
第三十一页，共92页。
CH3
图7-3 1-甲基环己烯的红外光谱图
IR：3040, 2930, 2830, 1680, 1450, 1380, 800cm-1
第三十二页，共92页。
图7-4 -蒎烯的红外光谱图 IR：3080, 2910, 2880, 1650, 1460, 1390, 1370, 870cm-1
第三十三页，共92页。
H CC (C H 2)3C H 3
图7-5 1-己炔的红外光谱图 IR：3305, 2960, 2880, 2120, 1470, 1440, 1380, 640cm-1
第三十四页，共92页。
C H 3 CC C H 2 C H 2 C H 3
图7-6 2-己炔的红外光谱图
CH3CH2CHCHO CH3
图7-13 2-甲基丁醛的红外光谱图
IR：2970, 2890, 2800, 2705, 1730, 1460, 1380cm-1
第四十二页，共92页。
CH2=CHCHO
图7-14 丙烯醛的红外光谱图 IR：3060, 2805, 2770, 2700, 1700, 1620, 1420, 1380,
第四十七页，共92页。
OO CH3CH2C O CCH2CH3
图7-20 丙酸酐的红外光谱图 IR：2995, 2950, 2890, 1815, 1760, 1470, 1420, 1360,
1050cm-1
第四十八页，共92页。
O CH3 C OCH=CH2
图7-21 乙酸乙烯酯的红外光谱图 IR：3100, 1760, 1650, 1440, 1380, 1220, 1150cm-1
第十八页，共92页。
一、基本原理 1、分子的振动类型
伸缩振动——成键原子沿着键轴的伸长或缩短（键
长发生改变，键角不变）。
对称伸缩振动（s）
不对称伸缩振动（as）
第十九页，共92页。
弯曲振动——引起键角改变的振动。
+
+
+
-
平面摇摆
剪式振动
面内弯曲
非平面摇摆 非平面振动
面外弯曲
第二十页，共92页。
780~760 强 745~705 中
885~870 中 825~805 强
865~810 强 730~675 强
烯烃弯曲振动特征吸收频率
化合物
RCH=CH2 R2C=CH2 顺-RCH=CHR 反-RCH=CHR
δ=CH /cm-1 995~985 920~905 900~880
730~675
980~960
>C=O
~1715
~1380 ~1460 -CH3
苯 指
3500 -NHR
~2870
-CN
~2925, CH2 ~2240
C=C
-CH2-
~1630 ~1470
纹 区
~2960, CH3
-CC~2220
C-OH
酚伯
-CC-H ~3300
-C-H
苯环 ~1600
叔仲 ~1460
~2885
~1500
~1580
IR：2970, 2880, 1460, 1390, 1350cm-1
第三十五页，共92页。
CH2CH3
图7-7 乙苯的红外光谱图 IR：3020, 2970, 2940, 2880, 1605, 1500, 1460, 1380,
750, 700cm-1
第三十六页，共92页。
NH2
图7-8 苯胺的红外光谱图
第二十九页，共92页。
CH 3(CH 2)8CH 3
图7-1 癸烷的红外光谱图 IR：2960, 2930, 2860, 1460, 1380, 720cm-1
第三十页，共92页。
CH3 CH3CCH2CH2CH3
CH3
图7-2 2,2-二甲基戊烷的红外光谱图 IR：2960, 2890, 1480, 1400, 1370, 740cm-1
质谱（简称MS） （Mass Spectroscopy）
第三页，共92页。
第一节 电磁波与分子吸收光谱
一、电磁波 光是电磁波，又称电磁辐射，具有波、粒二象
性。它的区域范围很广，可从波长极短的宇宙射线 到波长较长的无线电波，见表7-1所示。
第四页，共92页。
表7-1 电磁波谱表
第五页，共92页。
1、光的频率与波长的关系
1070cm-1
第四十五页，共92页。
Cl CO2H
图7-18 2-氯苯甲酸的红外光谱图
IR：2920, 2870, 1695, 1600, 1460, 1410, 1380, 745cm-1
第四十六页，共92页。
O CH3 C Cl
图7-19 乙酰氯的红外光谱图 IR：3010, 2940, 1805, 1420, 1370, 1100cm-1
第十页，共92页。
红外光谱仪系列
WGH-30A双光束红外分光光度计（天津）
第十一页，共92页。
第十二页，共92页。
Digilab傅立叶变换红外光谱仪
第十三页，共92页。
便携式傅立叶红外(TransportKit)分析仪
第十四页，共92页。
傅立叶变换近红外（FT-NIR）光谱仪
第十五页，共92页。
第三十八页，共92页。
O CCH3 Cl
图7-10 4-氯苯乙酮的红外光谱图 IR：3060, 3000, 2217, 1690, 1600, 1490, 1430, 1400,
1370, 1260, 840, 760cm-1
第三十九页，共92页。
CH3CHCH2CH3 OH
图7-11 2-丁醇的红外光谱图
1160cm-1
第四十三页，共92页。
O CH3CCH2CH2CH2CH3
图7-16 2-己酮的红外光谱图
IR：2970, 2880, 1720, 1470, 1360, 1450, 1380, 1180cm-1
第四十四页，共92页。
O CH3
图7-17 2-甲基-2-环戊烯酮的红外光谱图
IR：2920, 2860, 1700, 1640, 1450, 1410, 1380, 1330,
第二十八页，共92页。
五、红外光谱图的解析 1、不饱和度（Degree of unsaturation）的计算
(n C 1 )1 2[n (N n P) (n H n X )] 2、找出谱图中各基团的特征吸收峰
主要针对强吸收峰进行解析。 3、结合其它信息，最终确定分子结构
通常要结合化学方法和其它物理方法所获得的信息， 再进行综合解析。
IR：3350, 2960, 2880, 1460, 1380, 1110cm-1
第四十页，共92页。
Cl OCH3
图7-12 2-氯苯甲醚的红外光谱图 IR：3060, 3005, 2945, 2840, 1595, 1490, 1300, 1070,
750, 690cm-1
第四十一页，共92页。
峰的强度 强 强 强
弱且宽
强
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四、测定方法
1、液体：一般采用盐片法测定。 2、气体：通常用气体槽来测定。 3、固体：通常是将固体制成糊状、压成薄片或者配 成溶液进行测定。 石腊糊法：以石腊油为分散剂，把固体样品磨成糊 状后进行测定。 压盐片法 溶液法：常用的溶剂有四氯化碳、二硫化碳和氯 仿等。
2、电磁波的能量
E h hc
h--普朗克常数（6.626×10-34J.s）
每一种波长的电磁波辐射时都伴随着产生能量，而 且该能量是量子化的。
第七页，共92页。
二、分子吸收光谱 分子吸收辐射，会引起原子的转动、振动，或激
发电子从低能级跃迁到高能级。但分子吸收辐射并非 都是有效的，它们须遵循量子化，即电磁波辐射的能 量恰好等于两个能级之间的能量差（ΔΕ）时，分 子吸收才是有效的。
2、振动频率和红外吸收 分子的振动遵守胡克定律。
K
m1
m2
双原子分子伸缩振动示意图
一个化学键的振动频率或振动波数与化学键的
强度（键的力常数：K）及振动原子的质量（m1和 m2）有关，它们的关系式如下：
1 k 2
或 1 k 2c
m1m2
m1 m2
折合质量
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二、红外光谱图的表示方法 红外光谱图以波长（或波数）为横坐标来表示
C Cσ
υ--频率，单位：赫（Hz）或s-1； λ--波长，单位：厘米（cm）;
c --电磁波传播的速度，即光速=2.9979×1010cm/s。
频率的另一种表示方法是用波数（σ，单位： cm-1） 。
问：波长为300nm的光，其波数是多少？
130 11 0 07333 c3 m 13
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智能傅立叶红外(Nicolet 380)光谱仪
第十六页，共92页。
智能傅立叶红外(Nicolet 5700-8700)光谱仪
第十七页，共92页。
红外光谱法的优点
1、气态、液态、固态样品均可进行测定。
2、每种有机化合物均有红外吸收，故从IR谱图中可获 得丰富的信息；
3、相对核磁、质谱而言，红外光谱仪价格低廉， 易于购置； 4、样品用量少。较为高级的红外光谱仪用样品量 可减少到微克数量级。