红外光谱第二节
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红外光谱分析法
第一节 基本理论
一、红外吸收光谱的测定与表示法
1. 测定方法 红外光谱测定时所需样品极少，一般为1～5mg。 *固体样品有三种处理方法：
1）配成溶液， 2）与饱和烃如医用石蜡油研成胡状 3）与粉状溴化钾压片，一般用1～2mg样品，与200mg溴化 钾压制成片，可避免溶剂干扰。 *液体样品处理方法： 若不配成溶液，一小滴就够，可直接放在两片吸收池窗板中 间进行测定，叫液膜法。
图2-5正辛烷的红外光谱 （Ⅰ）：2960～2850cm-1； （Ⅱ）－CH2－的剪式振动：1465cm-1； （Ⅲ）δ －CH3 (对称)：1380cm-1； （Ⅳ）的平面摇摆振动：～725cm-1
43
CH3
（21）375CcHm-1两CH个3：强度当接分近子的中吸出收现带异，丙基时，甲基的1380cm-1带分裂为1385、 （3） －C(CH3)3：叔丁基与异丙基相似，也使1380cm-1带发生分裂，
另一部分光透过，若将其透过的光用单色器进行色散，就可以得到
一带暗条的谱带。若以波长或波数为横坐标，以百分吸收率为纵坐
标，把这谱带记录下来，就得到了该样品的红外吸收光谱图,获得红
外振动信息。
14
红外吸收光谱的图谱多以波长（或波数 ）为横坐标，以表示吸收峰的位置；若 用吸收百分率（adsorption%)表示吸收 强度时，吸收峰向上，但是通常以透射 百分率（transmittance％）表示。
振动或称伸张振动），常用符号“S”或
“ν”表示。
H
H
H
H
C
C
对称伸缩振动（νSCH2）
非对称伸缩振动（νasCH2）
2、弯曲振动：
面内弯曲振动 面外弯曲振动 （1）面内弯曲振动：分为剪式和平面摇摆弯曲振动两种。
IR
（2）分类
伸缩振动根据相位的不同可以分为：
a．对称伸缩振动
相位相同，即在振动中各键同 时伸长或缩短。用“νs”表示。
b．不对称伸缩振动
相位不同，即在振动中某些 键伸长的同时，另一些键在 缩短。用“νas”表示。
注：伸缩振动均不改变键角的大小。
•-CH2-伸缩振动
2
弯曲振动
(1)定义
原子核在垂直于键轴的方向上振动，从 外形上看如同化学键发生弯曲，故称之 为化学键的弯曲振动。用“δ”表示。
4.5~5.6 9.5~9.9 15~17 5.0~5.8 12~13
4.7~5.0(CH3X), 5.1(CH2=CH2), 5.9(CH≡CH)
3.4(CH3Cl) 16~18 7.8(H2O), 7.12(游离) 6.5(NH3)
对于双原子分子来讲，可用折合质 量 μ（Kg）代替 m：
1 K 2
• 仪器价格相对较低，易于购买。（价格在20～30万）
第一节 IR 的基本原理
一、红外吸收光谱
13 用一束连续红外光照射一物质时，该物质就要吸 收一部分光能，如能量不足以使外层电子发生跃迁， 则能使分子的振转能级发生变化。如果以波长或波 数为横坐标，以百分吸收率或透过率为纵坐标，把 这谱带记录下来，就得到该物质的红外吸收光谱图。
各类官能团 IR 吸收峰位置
含H 基团 ν频 率区
特征频率区域名称
O-H、N-H ν频率区 不饱和C-H ν频率区 饱和C-H ν频率区 三键ν频率区 双键ν频率区 饱和C-H 面内δ频率区 不饱和C-H面外δ频率区
波数范围/cm-1
3700~3000 3350~3000 3000~2700 2300~1900 1950~1500 1500~1350 1000~650
IR
基团频率区 (官能团区或 特征区)
4000 cm-1- 1300 cm-1 伸 缩振动产生，比较少，容 易辨认鉴定官能团
指纹区：1300 cm-1-600 cm-1 不同分子该区的吸收有细微的 差异，并显示出分子特征。像 人的指纹，故称为指纹区。指 纹区指认结构类似的化合物很 有帮助，可作为化合物存在某 种基团的旁证
石蜡糊法
– 干燥试样研细，与液体石蜡或全氟代烃（氟化煤油）混 合，调成糊状，夹在盐片中测定
薄膜法
高分子化合物可直接加热熔融后涂制或压制成膜。也可 将试样溶解在低沸点的易挥发溶剂中，涂在盐片上，待溶剂 挥发后成膜测定。
第四节 基团频率和特征吸收
一、基团频率区和指纹区 二、红外光谱的区域划分
红外光谱 Infrared Spectra , IR
第一节 概述 第二节 红外光谱基本原理 第三节 IR的实验仪器及样品处理技术 第四节 基团频率和特征吸收 第五节 红外光谱法的应用
第一节 概述
– 一、分子光谱的产生 – 二、红外光区的划分 – 三、红外光谱的测定过程 – 四、红外光谱法的特点
实际上，绝大多数化合物在红外光谱图上 出现的峰数远小于理论上计算的振动数，这是 由如下原因引起的：
（1）没有偶极矩变化的振动，不产生红外吸收； （2）相同频率的振动吸收重叠； （3）仪器不能区别频率十分接近的振动，或吸收带很 弱，仪器无法检测； （4）有些吸收带落在仪器检测范围之外。
以HCl为例：
基频峰（ν0→1） 二倍频峰（ ν0→2 ） 三倍频峰（ ν0→3 ） 四倍频峰（ ν0→4 ） 五倍频峰（ ν0→5 ）
2885.9 cm-1 5668.0 cm-1 8346.9 cm-1 10923.1 cm-1 13396.5 cm-1
有机波谱第二章红外光谱解读
1.3 分子偶极变化与峰强
1.3.1 峰强度表示方法 谱带强度单位为透射率（T）或吸收强度（A）。它们
可以用透过样品的出射光强度I与入射光强度I0表示：
T = I / I0 A = lg(I0 / I) = lg(1 / T)
在单色光和溶液的实验条件下，溶液的吸收可遵从BeerLambert定律：吸收度与溶液c和吸收池的厚度l成正比，即：
发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的 折合质量和键的力常数，即取决于分子的结构特征。
化学键键强越强（即键的力常数 K 越大）原子折合质量 越小，化学键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区。
吸收频率随键的强度的增加而增加，随键连原子的质量增 加而减少。化学键力常数：单键—4~8 双键—8~12 叁 键—12~18
1.3.2决定峰强的因素
（1）振动过程中偶极矩的变化
基频吸收谱带的强度取决于振动过程中偶极矩变化的 大小。只有具有极性的键在振动过程中才出现偶极矩的变 化，在键周围产生稳定的交变电场才能与频率相同的辐射 电磁波作用，从而吸收相应能量使振动跃迁到激发态，得 到振动光谱。这种振动称为红外活性振动。
高极性键的振动，产生强度大的吸收谱带，如羟基、羰 基、硝基等强极性基团都具有很强的红外吸收谱带。
K为 化学键的力常数， 与键能和键长有关； m 为双原子的折合质 量.
2、质量和力常数的影响
有机化合物中个别的化学键可以近似地看作是双原子 分子，这样就可以利用双原子分子的振动公式来理解化学
键的振动：
v
=
1 2πc
(K / u)1/2 = 1303
K (m1 + m2) 1 / 2 m1m2
K:力常数，m1 和 m2 分别为二个振动质点的质量数。
第二章 红外光谱
2 . N-H（吸收强度比-OH弱，峰形较尖锐）
胺类： 游离——3500～3300cm-1 缔合——吸收位置降低约100cm-1 伯胺：3500，3400cm-1 仲胺：3400cm-1 叔胺：无吸收 酰胺：伯酰胺：3350，3150cm-1 附近出现双峰 仲酰胺：3200cm-1 附近出现一条谱带 叔酰胺：无吸收
远红外
25 - 1000
400 - 25
红外光谱是用频率4000~400cm-1(2.5~25m)的光波
照射样品,引起分子内振动和转动能级跃迁所产生的
吸收光谱。也称振 - 转光谱。
波长和波数
电磁波的波长（ ）、频率（ v）、能量（E）之间的关系：
二、红外光谱图
I T % 100 % I0
O R C R
O R C H
1715 cm-1
O C
C C
O C R
1665-1685
O
H
(CH3)2N
C
H
1730 CH3C≡N
2255
1690
1663 (CH3)2C=CH-C≡N
2221
同一化合物中，如果同时存在I效应和C效应，则影 响较大的效应决定吸收峰的位移方向
1735 -I＞+C
1680
能发生振动能级跃迁，产生吸收光谱。
2. 只有引起分子偶极矩发生变化的振动才能产生
红外吸收光谱。
四、影响特征吸收频率的因素
分为内因（不可变化）和外因（可变）
（一）内部因素 1、电子效应 a. 诱导效应（I 效应）
诱导效应使基团电荷分布发生变化，从而改变了键的力常
数，使振动频率发生变化.
例：
O R C X
υOH ,υNH
第二章 红外光谱
（3）-OH基在形成氢键缔合后，偶极矩增大，因此在34503200cm-1之间表现为一个强而宽的锋。
01:30:28
若形成分子内氢键，酚羟基伸缩振动谱带向低频移动更为
明显。例如：
O H N O
+
O H O
O H O
OH（cm-1)
3610(游离）
3243
3077
（4）羧酸（-COOH）中的羟基比较特殊，由于氢键缔合，通 常以二聚体或多聚体的形式存在。吸收峰向低波数方向移动，
01:30:28
O
1660±10
波数（cm-1) 1680-1620 1620-1450 1690-1640 1630-1575 1590-1510 1390-1350
~1700
~1745
峰强度 不定
6、 双键的伸缩振动区（16801500 cm-1 ）
不定 不定 强 强（稍弱）
讨论：
（1）分子比较对称时，C=C峰很弱，当个相邻基团相差比
O—H、N—H伸缩振动区（OH，NH ）
不饱和C-H伸缩振动区（ CH） 饱和及醛基C-H伸缩振动区（ CH） 三键伸缩振动区（ C≡C， C≡N ） 羰基伸缩振动区（ C＝O） 碳碳双键伸缩振动区（ C＝C） 碳氢面内弯曲振动和单键伸缩振动区 碳氢面外弯曲振动区
二、分子结构与吸收峰
四、不饱和度
01:30:27
一、特征区、指纹区和相关峰
1、特征区：4000~1300 cm-1，有机化合物主要官能团的 特征吸收区。特点：比较稀疏，容易辨认。与一定结构单元
相联系的、在该范围内出现的吸收峰叫特征吸收或特征峰；
例： 2800 3000 cm-1 1600 1850 cm-1 —CH3 —C=O 特征峰； 特征峰；
第二节红外光谱法的基本原理
变振动
基频：每一种振动方式都有一个特征频率，叫基频； 基频峰：分子吸收红外光后，E0→E1引起的一个吸收峰。 倍频峰：分子吸收红外光后，E0→ E2，E0→ E3……引起的一系 列吸收峰。倍频峰通常很弱。 注意：理论上有几种振动方式就有几个吸收带。
二、红外光谱仪
两种：色散型红外仪和傅立叶变换型红外仪（FTIR）。 1、色散型红外光谱仪 色散型红外光谱仪的组成元件与紫外可见分光光度计元件相似， 其仪器原理示意图如下：
第二节 红外光谱法的基本原理 一、红外光谱的形成、条件和分子的运动
1、红外光谱的形成和产生条件 物质吸收红外光发生振动和转动能级的跃迁须满足两个条件： (1)红外辐射光量子具有的能量等于分子振动能级的能量差 (2)分子振动时，偶极距的大小和方向必须有一定的变化
当一定波长的红外光照射样品时，如果分子中某个基团 的振动频率和它的一样，二者就会发生共振，此时光的能量通 过分子偶极距的变化传递给分子，这个基团就会吸收该频率的 红外光而发生振动能级的跃迁，产生红外吸收峰。
定，并与样品测定时的溶剂、浓度等有关。
3、峰位与特征形式频率 峰位：吸收峰出现的位置,用波长λ (cm)，或波γ (cm-1)表示。 由于分子中各个基团的振动不是孤立的，而是受分子整体以及 邻近基团的影响，还有测试条件的影响，所以即使是同种基团 在不同的化合物中、不同测试条件,其波长或波数也是不固定的。 影响峰位变化的因素： (1)、电子效应 A、诱导效应 由于取代基具有不同的电负性，通过静电诱导作用，引起分子 中电子分布的变化，从而改变了键的力常数（K）,使基团的特 征吸收频率（从而使吸收波数）发生位移。
非极性的同核双原子分子在振动过程中偶极距也不发生 变化，无红外活性，如：H2 、N2、 O2、 Cl2 等。
基频：每一种振动方式都有一个特征频率，叫基频； 基频峰：分子吸收红外光后，E0→E1引起的一个吸收峰。 倍频峰：分子吸收红外光后，E0→ E2，E0→ E3……引起的一系 列吸收峰。倍频峰通常很弱。 注意：理论上有几种振动方式就有几个吸收带。
二、红外光谱仪
两种：色散型红外仪和傅立叶变换型红外仪（FTIR）。 1、色散型红外光谱仪 色散型红外光谱仪的组成元件与紫外可见分光光度计元件相似， 其仪器原理示意图如下：
第二节 红外光谱法的基本原理 一、红外光谱的形成、条件和分子的运动
1、红外光谱的形成和产生条件 物质吸收红外光发生振动和转动能级的跃迁须满足两个条件： (1)红外辐射光量子具有的能量等于分子振动能级的能量差 (2)分子振动时，偶极距的大小和方向必须有一定的变化
当一定波长的红外光照射样品时，如果分子中某个基团 的振动频率和它的一样，二者就会发生共振，此时光的能量通 过分子偶极距的变化传递给分子，这个基团就会吸收该频率的 红外光而发生振动能级的跃迁，产生红外吸收峰。
定，并与样品测定时的溶剂、浓度等有关。
3、峰位与特征形式频率 峰位：吸收峰出现的位置,用波长λ (cm)，或波γ (cm-1)表示。 由于分子中各个基团的振动不是孤立的，而是受分子整体以及 邻近基团的影响，还有测试条件的影响，所以即使是同种基团 在不同的化合物中、不同测试条件,其波长或波数也是不固定的。 影响峰位变化的因素： (1)、电子效应 A、诱导效应 由于取代基具有不同的电负性，通过静电诱导作用，引起分子 中电子分布的变化，从而改变了键的力常数（K）,使基团的特 征吸收频率（从而使吸收波数）发生位移。
非极性的同核双原子分子在振动过程中偶极距也不发生 变化，无红外活性，如：H2 、N2、 O2、 Cl2 等。
红外光谱课件2解读
C-H面外弯曲振动吸收峰位置（cm-1） 670
770-730，710-690 770-735
810-750，725-680 860-780
780-760，720-685 860-800，730-690 850-800，730-675
860-780 900-840 900-840 900-840
各类取代苯的倍频吸收和面外弯曲振动吸收
特点：每一个红外吸收峰都和一定的官能 团相对应。 ▪ 5和6区称为指纹区。虽然在这个区域内的 一些吸收也对应着某些官能团，但大量的 吸收峰仅表明了化合物的红外特征，犹如 人的指纹。
指纹区和官能团（特征）区
▪ 作用：
官能团（特征）区可找出该化合物存在的 官能团；
指纹区的吸收则宜于用来与标准谱图（或 已知物谱图）进行比较，得出未知物与已 知物相同或不同的结论。
红外光谱
Infrared Spectroscopy
红外光谱的分区
▪ 红外谱图按频率可分为六个区域 4000~2500 cm-1 ; 2500~2000 cm-1 ; 2000~1500 cm-1 ; 1500~1300 cm-1 ; 1300~910 cm-1 ; 910 cm-1 以下
1. 4000~2500 cm-1 X―H的伸缩振动区域。X = C，N，S，
▪ C长-C度平有面用摇，摆：n>8400-772250,cm-1对判n断=3-(C7H22)9n--7的26碳, 链 n=2 743-734, n=1 785-770
▪ C-C伸缩振动：1253-800cm-1， 对结构分析作用 不大。
烷烃吸收峰
烷烃特征吸收位置
正己烷红外光谱图
烯烃
=C-H的面外弯曲振动 ——判断双键的取代类型
主要官能团的红外光谱区域范围
主要官能团的红外光谱区域范围相关峰是指一组相互依存，相互佐证的吸收峰。
一个基团有数种振动形式，每种红外活性的振动都通常相应给出一个吸收峰。
如芳环化合物相关峰有五种振动形式：、泛频区、、和，可作为佐证苯环存在的依据。
第二节有机药物的典型红外吸收光谱一、脂肪烃类化合物（一）烷烃类化合物烷烃类化合物用于结构鉴定的吸收峰主要有碳—氢伸缩振动（）和面内弯曲振动（）吸收峰。
1．：在3000 cm-1~ 2845 cm-1范围内出现强的多重峰。
—CH3：2 970 cm-1~2 940 cm-1(s)，2 875 cm-1~2 865 cm-1 (m)。
甲氧基中的甲基，由于氧原子的影响，一般在2 830 cm-1附近出现尖锐而中等强度的吸收峰。
—CH2—：2 932 cm-1~2 920 cm-1 (s)，2 855 cm-1~2 850 cm-1 (s)，环烷烃、与卤素等相连接的—CH2 向高频区移动。
—CH—：在2 890 cm-1附近，但通常被—CH3和—CH2—的伸缩振动所掩盖。
2．：面内弯曲振动出现在1 490 cm-1~1 350 cm-1。
—CH3：~ 1 450 cm-1 (m)，~ 1 380 cm-1 (s)，峰的出现是化合物中存在甲基的证明。
当化合物中存在有—CH(CH3)2或—C(CH3)3时，由于振动偶合，1380 cm-1峰发生分裂，出现双峰。
—CH2—：~ 1 465 cm-1 (m)。
3．：在有—(CH2)n—直链结构的化合物中，—CH2—的面内摇摆（）在810 cm-1～720 cm-1内变化，n越大，越小，当n>4时，—CH2—的在720 cm-1。
（二）烯烃类化合物烯烃类化合物用于结构鉴定的吸收峰主要有碳—氢伸缩振动（）、碳—碳伸缩振动（）和碳—氢面外弯曲振动（）吸收峰。
1．：出现在3 100 cm-1~3 010 cm-1范围内，强度都很弱。
2．：非共轭发生在1 680 cm-1~1 620 cm-1，强度较弱；共轭向低频方向移动，发生在1 600 cm-1附近，强度增大。
第二章 红外光谱
于定量分析。
第二章 红外光谱分析(IR)
§2-1 基础知识
红外光谱的表示方法：
波数（ cm
1
返回
） 10
4
波长（ ）
红外光谱以T~或T~ 来表示，下图为苯酚的红外光 谱。
T(%)
图10-1 苯酚的红外光谱
第二章 红外光谱分析(IR)
§2-1 基础知识
3、红外光区的划分
近红外(泛频） (0.75~2.5 m)
-1
)
)
(2)弯曲振动：
+ + + +
C
C
C
C
剪 式 振 动(δ s)
面 内 摇 摆 振 动 (ρ )
面 外 摇 摆 振 动 (ω )
扭 式 振 动 (τ )
面 内 弯 曲 振 动 只 改 变 键 角 ,不 改 变 键 长
面 外
值得注意的是：不是所有的振动都能引起红外吸收， 只有偶极矩(μ )发生变化的，才能有红外吸收。 H2、O2、N2 电荷分布均匀，振动不能引起红外吸收。 H―C≡C―H、R―C≡C―R，其C≡C（三键）振动 也不能引起红外吸收。
第二章 红外光谱分析(IR)
返回
（2） 共轭效应(Conjugated effect)
共轭体系使电子云密度平均化，使双键 的吸收峰向低频方向移动 。
O R C CH2
CH CH C CH2 O
R C O
νc=o 1715cm-1
νc=o 1685 ～ 1665cm-1
νc=o 1650cm-1
NH2
第二章 红外光谱分析(IR)
三、分子的偶极矩与峰强:
分子对称度高，振动偶极矩小，产生的谱带就弱；反之则强。如C=C，C-
红外光谱第二节2-3
胺类：伯胺在此范围出现二条(èr 谱带约 tiáo) 3500、3400 cm-1，对应于NH2的不对称伸 缩振动和对称伸缩振动。仲胺于约3400 cm1出现一条谱带，叔胺无此带。
第二十五页，共一百零一页。
酰胺类：酰胺除了极稀溶液中的游离态(N-H 3500-3400 cm-1)外，一般以缔合状态存在。 伯酰胺于3350 cm-1、3150 cm-1附近出现双 峰。谱带强度(qiángdù)较游离态增大。仲酰胺于 3200 cm-1附近出现一条谱带，如N-苯基丙炔 酰胺，N-H 3270 cm-1(m)。叔酰胺此范围无 吸收带。
=C—H(面外)
C—H(面外)
第九页，共一百零一页。
第十页，共一百零一页。
第十一页，共一百零一页。
第十二页，共一百零一页。
第十三页，共一百零一页。
第十四页，共一百零一页。
（1）—O—H 3700 3200 cm-1 确定 醇，酚，酸
在非极性溶剂中，浓度较小（稀溶液(róngyè)）时，峰形尖锐，强吸收； 当浓度较大时，发生缔合作用，峰形较宽。
羰基化合物在1680~1850cm-1处有一个强的羰基 伸缩振动(zhèndòng)吸收峰。醛基C-H在2720cm-1处 有尖锐的特征吸收峰。
第五十页，共一百零一页。
丙烯醛的红外光谱 图 (guāngpǔ)
第五十一页，共一百零一页。
第五十二页，共一百零一页。
2-甲基丁醛的红外光谱(guāngpǔ) 图
第四十三页，共一百零一页。
第四十四页，共一百零一页。
1）饱和(bǎohé)碳原子上的—C缩
2870 cm-1 对称伸缩振动(zhèndòng) 2930 cm-1 不对称伸缩振动
2850 cm-1 对称伸缩振动
第二十五页，共一百零一页。
酰胺类：酰胺除了极稀溶液中的游离态(N-H 3500-3400 cm-1)外，一般以缔合状态存在。 伯酰胺于3350 cm-1、3150 cm-1附近出现双 峰。谱带强度(qiángdù)较游离态增大。仲酰胺于 3200 cm-1附近出现一条谱带，如N-苯基丙炔 酰胺，N-H 3270 cm-1(m)。叔酰胺此范围无 吸收带。
=C—H(面外)
C—H(面外)
第九页，共一百零一页。
第十页，共一百零一页。
第十一页，共一百零一页。
第十二页，共一百零一页。
第十三页，共一百零一页。
第十四页，共一百零一页。
（1）—O—H 3700 3200 cm-1 确定 醇，酚，酸
在非极性溶剂中，浓度较小（稀溶液(róngyè)）时，峰形尖锐，强吸收； 当浓度较大时，发生缔合作用，峰形较宽。
羰基化合物在1680~1850cm-1处有一个强的羰基 伸缩振动(zhèndòng)吸收峰。醛基C-H在2720cm-1处 有尖锐的特征吸收峰。
第五十页，共一百零一页。
丙烯醛的红外光谱 图 (guāngpǔ)
第五十一页，共一百零一页。
第五十二页，共一百零一页。
2-甲基丁醛的红外光谱(guāngpǔ) 图
第四十三页，共一百零一页。
第四十四页，共一百零一页。
1）饱和(bǎohé)碳原子上的—C缩
2870 cm-1 对称伸缩振动(zhèndòng) 2930 cm-1 不对称伸缩振动
2850 cm-1 对称伸缩振动
02第二章 红外光谱
大，吸收强度增大。
RCOOH: 3200~2500cm-1
正己酸的气态和液态IR：a: gas; b: liquid
2.5偶合作用
羰基伸缩振动:1825; 1728
醛基上C-H键的伸缩振动与C-H弯曲振动的
倍频发生费米共振引起的.
2.5 外部因素
制样方法、溶剂、物态、结晶条件、色
光谱选律
原子和分子与电磁波相互作用，从一个
能量状态跃迁至另一个能量状态，服从 一定的规律，这些规律称为光谱选律。
根据光谱选律若两个能级间的跃迁是可
能的，称之为允许跃迁（概率大，强度 大）；
不可能的跃迁称为禁阻跃迁（概率小，
强度弱）。
真实分子的振动
简谐振动选律为△ν＝±１，即跃迁发生在两个
第二章 红外光谱
Infrared Spectroscopy
0.75
~
2.5
~
25
~
300mm
近红外区
中红外区
远红外区
4000
400cm1
本章要点：
理解红外光谱的基本原理
掌握红外光谱与有机化合物分子结构之间的
关系 熟悉基团特征频率及其影响因素 掌握运用红外光谱解析分子结构的方法
红外光谱概述
振-转光谱；
辐射→分子振动能级跃迁→红外光谱→
分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：
官能团→分子结构；
吸收光谱。
红外光谱的特点
不破坏样品；
特征性高，可确定化合物类型，结构；
分析时间短；
所需样品少，每次用量1~5mg；
要求纯度高。
红外光谱与有机物结构
红外吸收光谱一般用T ~ 曲线或T ~σ曲线
红外光谱第二节
CH CH3 H H O H H
OH
CH3OH H H O H H
O
O
O
理由
O原子与苯环p-共轭，C-O键具有部分 双键性 ，存在两种几何异构体：
顺式异构体
反式异构体
分子内氢键降低了O-H吸收频率； 反式、不形成氢键— — 形成两个尖峰。间位和对位也存在顺反异构体，但频率 相近，分子间氢键使峰型加宽。
未知化合物结构解析
1. 计算不饱和度
2. 官能团搜索
3. 分步进行： （1）C=O是否存在？ 1820~1660 cm-1（s），不存在，进行 （3）；存在： (2) 酸？O-H？ 酰胺？ N-H？ 酯？ C-O？1300~1000 cm-1 （s） 酐？1810，1760 cm-1 ？ 醛？C-H？ 2850，2750 cm-1 （w） 排除以上，则可能是酮
C H 2 =C H O C N R R
2. 氢键影响：低波数方向位移
OCH3
O R C O
H H
O C O R
C O H O
C=O 1710 cm-1 游离羧酸C=O 1760 cm-1
C=O 1680 cm-1
H
O C R
O C R R
O C
O C R
C=O 1720 cm-1
C=O 1640 cm-1(s, br)
当羰基与C=C共轭时，C=O单键性增大，频率降低。
O C H3 C C H3 CH O CH C C H3 COH O
17151690
1725 1700
1710 1680
酰胺上引入，-不饱和基团时不遵守上述规则： N的共轭效应使C=O单键性增加， 而CH2=CH-吸电子，使双键性 和力常数增大，频率升高。
第二章红外光谱
第二节 基本原理及基本概念
一、双原子分子振动
m1
m2
A
B
伸缩
1k 振 2
m 1 .m 2 m1 m2
K：键的力常数（N/m）；μ为原子的折合质量。 K单键=5 N/cm，K双键=10 N/cm，K三键=15 N/cm
第八第页八，页，课课件件共共有有1071页07页
~/c21c
k
1-3000 υOH ,υNH 3300-3000 υCH(-C≡C-H, C＝C-H, Ar-H) (极少数可到2900cm-1) 3000-2700 υCH(-CH3 ,-CH2, -CH, -HC＝O ) 2400-2100 υC≡C , υC≡N , υC≡C-C≡C1900-1650 υC＝O (酸，醛，酮，酰胺，酯，酸酐) 1680-1500 υC＝C (脂肪族及芳香族), υC＝N 1475-1300 δCH (面内) 1300-1000 υC-O（醇、酚、醚、酯等） 1000-650 δC＝C-H,Ar-H (面外)
1610
第二第十二七十七页页，，课课件件共共有有1071页07页
1560
3、氢键效应（醇、酚、胺、羧酸类）
吸收峰向低波数移动；峰型变宽；吸收强度加强。
醇羟基： 游离态
二聚体
3600~3640cm-1 3500~3600cm-1
多聚体
3200~3400cm-1
（正 氯丁 苯醇 中羟 ）基
的 伸 缩 振 动 吸 收 位 置
• 有些峰落在中红外区之外
• 吸收峰太弱，检测不出来
第十第七十七页页，，课课件件共共有有1017页07页
例：二氧化碳的IR光谱
O=C=O O=C=O O=C=O O=C=O
红外光谱(I R)(Infrared Spectroscopy)
红外光谱（I R）（Infrared Spectroscopy）第一节：概述1、红外吸收光谱与紫外吸收光谱一样是一种分子吸收光谱。
红外光的能量（△E=0.05-1.0ev）较紫外光（△E=1-20ev）低，当红外光照射分子时不足以引起分子中价电子能级的跃迁，而能引起分子振动能级和转动能级的跃迁，故红外吸收光谱又称为分子振动光谱或振转光谱。
2、红外光谱的特点：特征性强、适用范围广。
红外光谱对化合物的鉴定和有机物的结构分析具有鲜明的特征性，构成化合物的原子质量不同、化学键的性质不同、原子的连接次序和空间位置不同都会造成红外光谱的差别。
红外光谱对样品的适用性相当广泛，无论固态、液态或气态都可进行测定。
3、红外光谱波长覆盖区域：0.76 mm ~ 1000mm.红外光按其波长的不同又划分为三个区段。
（1）近红外：波长在0.76-2.5mm之间（波数12820-4000cm-1）（2）中红外：波长在2.5-25mm（在4000-400 cm-1）通常所用的红外光谱是在这一段的（2.5-15mm，即 4000-660 cm-1）光谱范围，本章内容仅限于中红外光谱。
（3）远红外：波长在25~1000mm（在400-10 cm-1）转动光谱出现在远红外区。
4、红外光谱图：当物质分子中某个基团的振动频率和红外光的频率一样时，分子就要吸收能量，从原来的振动能级跃迁到能量较高的振动能级，将分子吸收红外光的情况用仪器记录，就得到红外光谱图。
5、红外光谱表示方法：（1）红外光谱图红外光谱图以透光率T％为纵坐标，表示吸收强度，以波长l ( mm)或波数 s (cm-1)为横坐标，表示吸收峰的位置，现主要以波数作横坐标。
波数是频率的一种表示方法（表示每厘米长的光波中波的数目）。
通过吸收峰的位置、相对强度及峰的形状提供化合物结构信息，其中以吸收峰的位置最为重要。
（2）将吸收峰以文字形式表示：如下图可表示为，3525cm-1（m)，3097cm-1(m)，1637cm-1(s)。
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芳环C-H弯曲振动的组合频带(即倍频与 合频)在2000～1660 cm-1范围，出现一 组弱谱带，谱带的形状与苯环的取代情 况有关，可用作判断苯环取代情况的辅 助手段。
各种取代苯化合 物在20001667cm-1的泛频 峰和在900690cm-1的C-H 面外弯曲振动峰
单取代：750 cm-1，700 cm-1两强峰 乙苯
C-H面外弯曲振动区（1000-650 cm-1）
1）烯烃：面外弯曲振动位于1000-650 cm-1范 围，s或m吸收带，容易识别，可用于判断烯 烃的取代情况 ：
RHC=CH2 单取代 990 cm-1 ， 910 cm-1 RCH=CHR 顺式取代： 690 cm-1 RCH=CHR 反式取代： 970 cm-1 R2C=CH2 同碳二取代： 890 cm-1 R2C=CHR 三取代： 840～790 cm-1
C—H
区段 (4)三键和
累积双键 伸缩振动区
(5)羰基 伸缩振动区
(6)双键 伸缩振动区
波数/cm-1 24002100
19001650 16801500
振动类型 CC CN C=C=C
C=O
C=C (烯烃和芳环)
－CH2CH3 －CH(CH3)2 －C(CH3)3
C-H面内不对 称弯曲振动
乙醇的红外吸收光谱（液膜法）
醚：C-O-C伸缩振动位于1275-1060 cm-1范围，存 在不对称伸缩振动和对称伸缩振动。
对称醚，如正丙基醚的1130 cm-1，二苯醚的1230 cm-1，均为不对称伸缩振动，对称伸缩振动则观测 不到。
非对称醚，如苯基或烯基醚，由于p-共轭，C-O键 强度增大，C-O-C不对称伸缩振动高波数位移约 1250 cm-1，对称伸缩振动位于低波数端的1050 cm1附近。如对甲氧基苯甲醛的1260 cm-1、1030 cm-1， 正丁基烯醚的1200 cm-1、1085 cm-1。
邻二取代：770-735 cm-1强峰
2-氯苯甲酸
间二取代：鉴别的特征是1060 ~ 1275cm-1范围内有强度大且宽的 C-O伸缩振动：
（1）烷基醚在1060~1150 cm-1 ；（2）芳基醚和乙烯基醚在 1200~1275cm-1 [以及在1020~1075 cm-1(较弱)]。
例1：乙醚的红外吸收光谱
1500
例2: 正丁醚的红外光谱
酯：酯分子中，C-O-C伸缩振动位于
第二节 红外光谱的重 要吸收区段
红外光谱8个重要区段与有机物官能团特征频率
特征频率区
区段
波数/cm-1
振动类型
(1) N—H
O—H 伸缩振动区
37503000
O—H N—H
(2)不饱和C—H 伸缩振动区
33003000
(3)饱和C—H （RCHO)
伸缩振动区
30002700
C—H =C—H (烯烃和芳环)
向高波数方向移动
N1
2
3
4
cm-1 785-770 743-734 729-726 725-722
N
1
2
3
4
cm-1 785-770 743-734 729-726 725-722
2，2-二甲基戊烷 740 cm-1
甲基亚甲基CH不对称弯曲 振动
甲基与亚甲基 C-H伸缩振动
甲基C-H对称 弯曲振动
丙烯醛
烯烃C-H 倍频吸收 O=C-H
C=C
醛羰基伸 缩振动
单取代烯烃C-H面 外弯曲振动
[CH2]n: CH2面内摇摆振动位于800～700 cm-1，弱吸收带。对于无其它谱带干扰的 烃类化合物，可用此范围的谱带判断n的 数目。
指纹区 ≥4个CH2成直链，面内摇摆振动 ：
725~722 (cm-1) < 4个CH2成直链，面内摇摆振动 ：
癸烷725 cm-1
甲基亚甲基对称不 对称伸缩振动
甲基亚甲基面内不 对称弯曲振动
甲基面内对称弯 曲振动
亚甲基面内 摇摆振动
下列化合物在1000~665cm-1区域吸收特征有何不同？
芳环：
C-H面外弯曲振动位于900～650 cm-1 范围。出现1-2条强吸收带。谱带位置 及数目与苯环的取代情况有关，利用此 范围的吸收带可判断苯环上取代基的相 对位置。
1300～1050 cm-1范围，出现2—3条谱带， 对应于C-O-C的不对称伸缩振动和对称伸缩
振动，均为强吸收带。通常两吸收带波数之 差为130～170 cm-1。如对亚硝基苯甲酸乙 酯的1280 cm-1、、1108 cm-1、，= 172 cm-1；醋酸异丙烯酯的1200 cm-1、1027 cm-1，= 173 cm-1。乙酸苯酯的红外光谱 中C-O-C对称伸缩振动向高波数位移，两吸 收带靠近，降低。
C-H面内对称 弯曲振动
癸烷
直链亚甲基个数 >4的C-H面内摇摆 振动
甲基C-H面内对称 弯曲振动
甲基亚甲基C-H面 内不对称弯曲振 动
甲基亚甲基C-H对 称不对称伸缩振 动
O-H伸缩振动
甲基亚甲基C-H对
甲基面内对称弯
称不对称伸缩振
曲振动
动
甲基亚甲基C-H面
内不对称弯曲振
动
C-O伸缩振动（1300～1050cm-1）
环醚在1260～780 cm-1范围出现两条或两条以上的 吸升收高带 。。如环 环张 氧力 戊增烷大as,10a9s 8Cc-Om--C1，波数s 8降1低3 c，m-1s。波环数 氧乙烷as839 cm-1，s 1270 cm-1，这是由于三元 环改变了键角的结果。
醚类化合物的红外光谱
含氧化合物（如醇、酚、醚、酸酐、羧酸、酯等）
除醚类化合物外，含氧化合物在其它峰区都有特征吸 收带（如酸类化合物有O-H伸缩振动，C=O伸缩振动。 此峰区的C-O或C-O-C伸缩振动为其相关峰。) 醚类化 合物的C-O-C伸缩振动是确定醚键存在的唯一谱带。
醇、酚：C-O伸缩振动1200～1000 cm-1，结合第一 峰区O-H伸缩振动特征吸收带，可判断化合物为醇类 或酚类化合物。 C-O伸缩振动均为强吸收带；伯醇约 1050 cm-1；仲醇约1100 cm-1；叔醇约1150 cm-1； 酚类化合物约1200 cm-1。
各种取代苯化合 物在20001667cm-1的泛频 峰和在900690cm-1的C-H 面外弯曲振动峰
单取代：750 cm-1，700 cm-1两强峰 乙苯
C-H面外弯曲振动区（1000-650 cm-1）
1）烯烃：面外弯曲振动位于1000-650 cm-1范 围，s或m吸收带，容易识别，可用于判断烯 烃的取代情况 ：
RHC=CH2 单取代 990 cm-1 ， 910 cm-1 RCH=CHR 顺式取代： 690 cm-1 RCH=CHR 反式取代： 970 cm-1 R2C=CH2 同碳二取代： 890 cm-1 R2C=CHR 三取代： 840～790 cm-1
C—H
区段 (4)三键和
累积双键 伸缩振动区
(5)羰基 伸缩振动区
(6)双键 伸缩振动区
波数/cm-1 24002100
19001650 16801500
振动类型 CC CN C=C=C
C=O
C=C (烯烃和芳环)
－CH2CH3 －CH(CH3)2 －C(CH3)3
C-H面内不对 称弯曲振动
乙醇的红外吸收光谱（液膜法）
醚：C-O-C伸缩振动位于1275-1060 cm-1范围，存 在不对称伸缩振动和对称伸缩振动。
对称醚，如正丙基醚的1130 cm-1，二苯醚的1230 cm-1，均为不对称伸缩振动，对称伸缩振动则观测 不到。
非对称醚，如苯基或烯基醚，由于p-共轭，C-O键 强度增大，C-O-C不对称伸缩振动高波数位移约 1250 cm-1，对称伸缩振动位于低波数端的1050 cm1附近。如对甲氧基苯甲醛的1260 cm-1、1030 cm-1， 正丁基烯醚的1200 cm-1、1085 cm-1。
邻二取代：770-735 cm-1强峰
2-氯苯甲酸
间二取代：鉴别的特征是1060 ~ 1275cm-1范围内有强度大且宽的 C-O伸缩振动：
（1）烷基醚在1060~1150 cm-1 ；（2）芳基醚和乙烯基醚在 1200~1275cm-1 [以及在1020~1075 cm-1(较弱)]。
例1：乙醚的红外吸收光谱
1500
例2: 正丁醚的红外光谱
酯：酯分子中，C-O-C伸缩振动位于
第二节 红外光谱的重 要吸收区段
红外光谱8个重要区段与有机物官能团特征频率
特征频率区
区段
波数/cm-1
振动类型
(1) N—H
O—H 伸缩振动区
37503000
O—H N—H
(2)不饱和C—H 伸缩振动区
33003000
(3)饱和C—H （RCHO)
伸缩振动区
30002700
C—H =C—H (烯烃和芳环)
向高波数方向移动
N1
2
3
4
cm-1 785-770 743-734 729-726 725-722
N
1
2
3
4
cm-1 785-770 743-734 729-726 725-722
2，2-二甲基戊烷 740 cm-1
甲基亚甲基CH不对称弯曲 振动
甲基与亚甲基 C-H伸缩振动
甲基C-H对称 弯曲振动
丙烯醛
烯烃C-H 倍频吸收 O=C-H
C=C
醛羰基伸 缩振动
单取代烯烃C-H面 外弯曲振动
[CH2]n: CH2面内摇摆振动位于800～700 cm-1，弱吸收带。对于无其它谱带干扰的 烃类化合物，可用此范围的谱带判断n的 数目。
指纹区 ≥4个CH2成直链，面内摇摆振动 ：
725~722 (cm-1) < 4个CH2成直链，面内摇摆振动 ：
癸烷725 cm-1
甲基亚甲基对称不 对称伸缩振动
甲基亚甲基面内不 对称弯曲振动
甲基面内对称弯 曲振动
亚甲基面内 摇摆振动
下列化合物在1000~665cm-1区域吸收特征有何不同？
芳环：
C-H面外弯曲振动位于900～650 cm-1 范围。出现1-2条强吸收带。谱带位置 及数目与苯环的取代情况有关，利用此 范围的吸收带可判断苯环上取代基的相 对位置。
1300～1050 cm-1范围，出现2—3条谱带， 对应于C-O-C的不对称伸缩振动和对称伸缩
振动，均为强吸收带。通常两吸收带波数之 差为130～170 cm-1。如对亚硝基苯甲酸乙 酯的1280 cm-1、、1108 cm-1、，= 172 cm-1；醋酸异丙烯酯的1200 cm-1、1027 cm-1，= 173 cm-1。乙酸苯酯的红外光谱 中C-O-C对称伸缩振动向高波数位移，两吸 收带靠近，降低。
C-H面内对称 弯曲振动
癸烷
直链亚甲基个数 >4的C-H面内摇摆 振动
甲基C-H面内对称 弯曲振动
甲基亚甲基C-H面 内不对称弯曲振 动
甲基亚甲基C-H对 称不对称伸缩振 动
O-H伸缩振动
甲基亚甲基C-H对
甲基面内对称弯
称不对称伸缩振
曲振动
动
甲基亚甲基C-H面
内不对称弯曲振
动
C-O伸缩振动（1300～1050cm-1）
环醚在1260～780 cm-1范围出现两条或两条以上的 吸升收高带 。。如环 环张 氧力 戊增烷大as,10a9s 8Cc-Om--C1，波数s 8降1低3 c，m-1s。波环数 氧乙烷as839 cm-1，s 1270 cm-1，这是由于三元 环改变了键角的结果。
醚类化合物的红外光谱
含氧化合物（如醇、酚、醚、酸酐、羧酸、酯等）
除醚类化合物外，含氧化合物在其它峰区都有特征吸 收带（如酸类化合物有O-H伸缩振动，C=O伸缩振动。 此峰区的C-O或C-O-C伸缩振动为其相关峰。) 醚类化 合物的C-O-C伸缩振动是确定醚键存在的唯一谱带。
醇、酚：C-O伸缩振动1200～1000 cm-1，结合第一 峰区O-H伸缩振动特征吸收带，可判断化合物为醇类 或酚类化合物。 C-O伸缩振动均为强吸收带；伯醇约 1050 cm-1；仲醇约1100 cm-1；叔醇约1150 cm-1； 酚类化合物约1200 cm-1。