6.3 红外光谱与分子结构的关系
红外光谱法测定高分子化合物的结构
红外光谱法测定高分子化合物的结构一、实验目的1.熟悉傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）的使用方法和工作原理。
2.初步掌握红外光谱试样的制备和红外光谱仪的使用。
3 通过对高分子材料红外光谱的解释的，初步学会红外光谱图的解析，能从图上获取一些高分子的组成结构信息。
二、实验原理红外光谱与分子的结构密切相关，是研究表征分子结构的一种有效手段，与其它方法相比较，红外光谱由于对样品没有任何限制，它是公认的一种重要分析工具。
红外光谱是研究波长为0.7—1000 微米的红外光与物质的相互作用，为分子振动光谱。
是表征高聚物的化学结构和物理性质的一种重要工具。
它们可以对以下一些方面提供定性和定量的信息。
是研究高分子化合物的一种重要手段。
1.化学：结构单元、支化类型、支化度、端基、添加剂、杂质。
2.立构：顺—反异构、立构规整度。
3.物态：晶态、介晶态、非晶态、晶胞内链的数目、分子间作用力、晶片厚度。
4.构象：高分子链的物理构象、平面锯齿形或螺旋形。
5.取向：高分子链和侧基在各向异性材料中排列的方式和规整度。
还可以鉴定高聚物的主链结构、取代基和双键的位置、相转变，甚至还可以研究橡胶的老化。
总之，在微结构上起变化而在光谱上出现特殊谱线的都可以用过程都可以用红外光谱来研究。
当一定频率的红外光照射分子时，如果分子中某个基团的振动频率和它一样，光的能量通过分子偶极矩的变化传递给分子，这个基团就吸收了一定频率的红外光。
分子吸收光能后，由原来的振动基态能级跃迁到较高的振动能级。
按照量子学说，当分子从一个量子态跃迁到另一个量子态时，就要发射或吸收电磁波，两个量子状态间的能量差ΔE 与发射或吸收光的频率ν之间存在如下关系：ΔE=hν，式中h 为普朗克（Plank）常数，等于6.626*10-34J•s，频率ν=C/λ，C 是光速，C=2.9979*108m/s。
红外辐射的波长在2μm-50μm 之间。
红外光量子的能量较小，只能引起原子的振动和分子的转动，所以红外光谱又称振动转动光谱。
红外光谱分析
红外光谱分析————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：ﻩ红外光谱分析序言二十世纪初叶，Coｂlentｚ发表了一百多个有机化合物的红外光谱图，给有机化学家提供了鉴别未知化合物的有力手段。
到四十年代红外光谱技术得到了广泛的研究和应用。
当今红外光谱仪的分辨率越来越高,检测范围扩展到1０000－20０cｍ-1,样品量少至微克级。
红外光谱提供的某些信息简捷可靠,检测样品中有无羰基及属于哪一类(酸酐、酯、酮或醛)是其他光谱技术难以替代的。
因此，对从事有机化合物为研究对象的化学工作者来说，红外光谱学是必需熟悉和掌握的一门重要光谱知识。
一、基本原理1、基本知识光是一种电磁波。
可根据电磁波的波长范围分成不同类型的光谱,它们各自反映出物质的不同类型的运动形式。
表1列出这些电磁波的波长，其所在区域的光谱名称，以及对应的运动形式。
表１常用的有机光谱及对应的微观运动波长光谱名称运动形式核磁共振谱原子核的转动5×10５-1０μ100-100μ远红外光谱分子的转动及长波振动５0－2．5μ红外及拉曼光谱分子中原子的相对振动及振转光谱2．5－０.7５近红外光谱分子中涉及氢原子的振动μ75０－４０可见光谱分子中外层电子的转移0mμ400-１0０m紫外光谱分子中外层电子的转移μ100mμ以下X光光谱原子的内层电子的转移红外光谱研究的内容涉及的是分子运动，因此称之为分子光谱。
通常红外光谱系指2-25μ之间的吸收光谱，常用的为中红外区4000-65０cｍ-１(2．5-１5.4μ)或40０0-４00cｍ-１。
这段波长范围反映出分子中原子间的振动和变角振动，分子在振动运动的同时还存在转动运动。
在红外光谱区实际所测得的图谱是分子的振动与转动运动的加合表现,即所谓振转光谱。
每一化合物都有其特有的光谱,因此使我们有可能通过红外光谱对化合物作出鉴别。
红外光谱与分子结构
CH2
饱和碳原子上的—C—H
—CH3
2960 cm-1 反对称伸缩振动 2870 cm-1 对称伸缩振动
—CH2—
2930 cm-1 反对称伸缩振动 2850 cm-1 对称伸缩振动
—C—H
2890 cm-1 弱吸收
3000 cm-1 以下
应用价值不 大！！
C-H C-H伸缩振动 < 3000 cm-1 收峰
3610
3620 3630 增 3640 大
注意：区别伯、仲、叔醇； 醇类和烃类及酚类的区别。
3640 3630 3620
1050 1100
3.醇
氢键 缔合
1150
醚
CO 1300 ~ 1000cm1
1．链醚和环醚
aCsO（C 链）1150 ~ 1060cm（1 强）
s C
O（链）弱
消失
2．芳醚和烯醚
as C O
1275 ~ 1200cm1
as CO( )
~ 1250cm1 (强)
s C O( )
~ 1040cm1 (中)
示例
OH ~ 3200
CO ~ 1050 CO ~ 1100
5. 羰基化合物（醛、酮、羧酸、酯）
峰位排序：酸酐 > 酰卤 > 羧酸（游离）> 酯类 > 醛 > 酮 > 酰胺
苯环取代类型的吸收峰
1. 单取代 (含5个相邻H)
H（双峰）
~ 750cm（1 强） ~ 700cm（1 较强）
2000cm1
1600cm1
2. 双取代 • 邻取代（4个相邻H）
2000cm1
H ~ 750cm（1 强，单峰） 与单取代峰位重叠
红外光谱分析
红外光谱分析序言二十世纪初叶，Coblentz发表了一百多个有机化合物的红外光谱图，给有机化学家提供了鉴别未知化合物的有力手段。
到四十年代红外光谱技术得到了广泛的研究和应用。
当今红外光谱仪的分辨率越来-1越高，检测范围扩展到10000-200cm,样品量少至微克级。
红外光谱提供的某些信息简捷可靠，检测样品中有无按基及属于哪一类（酸酹、酯、酮或醛）是其他光谱技术难以替代的。
因此，对从事有机化合物为研究对象的化学工作者来说，红外光谱学是必需熟悉和掌握的一门重要光谱知识。
一、基本原理1、基本知识光是一种电磁波。
可根据电磁波的波长范围分成不同类型的光谱，它们各自反映出物质的不同类型的运动形式。
表1列出这些电磁波的波长，其所在区域的光谱名称，以及对应的运动形式。
表1常用的有机光谱及对应的微观运动红外光谱研究的内容涉及的是分子运动，因此称之为分子光谱。
通常红外光谱系指2-25 Li之间的吸收光谱，常用的为中红外区•14000-650cm 或4000-400cm。
这段波长范El反映岀分子中原子间的振动和变角振动，分子在振动运动的同时还存在转动运动。
在红外光谱区实际所测得的图谱是分子的振动与转动运动的加合表现，即所谓振转光谱。
每一化合物都有其特有的光谱，因此使我们有可能通过红外光谱对化合物作岀鉴别。
-1红外光谱所用的单位波长u,波数cm o光学中的一个基本公式是入U = C,式中入为波长，u为频率，C为光速(3 X 1O1o cm/s) o设U 为波数，其含义是单位长度(1cm)中所含的波的个数，并应具有以下关系: 波数(crrr1) =104/波长(卩) 波长和波数都被用于表示红外光谱的吸收位置，即红外光谱图的横坐标。
目前倾向于普遍采用波数为单位，而在图谱上方标以对应的波长值。
红外光谱图的纵坐标反映的是吸收强度，一般以透过率(T%) 表示。
2、红外光谱的几种振动形式主要的基本可以分为两大类：伸缩振动和弯曲振动。
波谱分析教程第二版答案
波谱分析教程第二版答案【篇一：波谱分析教程数据】外（红移蓝移）3 应用：化合物透明，说明分子中不存在共轭体系，无羰基；如果在210~250nm 有吸收，表示有k 吸收带，可能还有两个双键的共轭体系；如果在260~300nm 。
4. 开链共轭双烯（217），同环共轭双烯（253 ），延长一个双键（30），（—oac,0; —or,6; —sr,30 ；—x,5; —nr2,60 ）二．红外产生红外吸收的条件：只有在振动中伴随着偶极矩短变化的振动形式才具有红外吸收，即具有红外活性,偶极矩变化幅度越大，吸收强度越大。
（基团振动产生偶极矩的变化；辐射能量满足振动能级跃迁需要）6. 羰基化合物：c = o:1900〜1600. ①醛：c = o : 1735〜1715 ; c —h :2820〜2720两个峰；②酮c = o : 1720〜1710 :③羧酸：o —h : 3350 或3200~2500 ; c = o:1760 或1710.特征峰：o —h 面外摇摆920宽；④酯c = o 1745~1720 ;⑤醚c —o —c对称1100，非对称1210〜1160;⑥酰卤 c = o 1800 附近；⑦酰胺：c = o 1690~1650 , 伯胺（n —h伸缩3520 , 3400双峰弯曲1640~1600 ）;仲胺（n —h 伸缩3470〜3400 双峰弯曲1550〜1530 ）三．质谱（单位：ppm ）1. 炔烃：（1.6〜3.4ppm）:（=醛基氢：（脂肪醛9~10）;（芳香醛9. 5〜10.5）；4（.苯环h:7.27）5. r —；ar—缔合10.5~16）; ar —；2,r2,ar2 ；6. 偶合常数：1.2j /j 同（键数偶—负值；奇数—正值） ,取代基电负性会使2j 的绝对值减少（正向），邻位四．碳谱：ppm {sp3（0〜60）;sp2（100〜165）;sp（67〜92）; 饱和烷烃（-2.5〜55）；—ch3（- 2.5）;ch2 = ch2（123.3）; hc 三ch（71.9）端基碳（67~70 ）;苯环（128.5 ）;芳环碳（153.0~106.5 ） ; c = o（160~220）;醛羰基（190〜205）; 酮羰基（195〜220）;羧酸（170〜185）; 羧酸及其衍生物（155〜185）; 酰氯,酰胺（160〜175）} 五．质谱【篇二：2009 年波谱分析试卷 b 参考答案】1、化合物cl22cl 的核磁共振波谱中，h 的精细结构为三重峰。
红外光谱在分子结构分析中的应用
红外光谱在分子结构分析中的应用红外光谱（Infrared spectroscopy）是指将物质吸收或反射的红外辐射产生的光谱进行定性和定量分析的方法。
它能够通过研究物质在不同波数下的吸收能力来确定分子中含有的化学键种类和数量，从而揭示出分子的结构和组成，是一种非常重要的分析方法。
红外光谱的原理分子中的原子都会对电磁波作出反应，它们在吸收、散射或透过电磁波时将吸收一定量的能量，这是因为这些反应所涉及的能级的跃迁都需要能量的贡献，而我们所研究的分子较小，其响应的最常用波长位于红外辐射的波长区域内。
在分子中，多数的化学键的振动都会发生在这一区域内，当电磁波与分子相互作用时，只有跃迁能量等于或接近振动频率的电磁波才能被吸收。
这样，所吸收的波长能量就可以作为分子的“指纹”而被检查处理。
红外光谱能提供的信息红外光谱通过测量介质对不同波长辐射的吸收情况来确定分子性质。
分析师可以利用红外光谱去探测物质中存在的化学键，检查其振动频率；确定化合物的结构；对分子中原子的相互作用和键距离等结构参数进行定量测定；确定并鉴定分子中的错误或杂质等。
翻转分子结构红外光谱可以被用来翻转分子的结构。
分子只有在运动中才会振动，这通常表现为分子的振动和弯曲。
红外光谱可以测量出物质的共振振动频率，这可以用来确定分子的结构。
确定化合物的结构可以允许分析师利用这种知识去寻找新的分子结构，在这些分子结构内利用分子互相作用来设计出新型材料，这在药物研发，工业生产以及能源领域都有用武之地。
化合物的确定通过红外光谱的比较，可以确定不同的物质有不同的红外光谱。
红外光谱可以确定分子中有哪些元素，确定分子组成和各种化学反应过程中的机理。
因此，红外光谱不仅仅是确定物质的结构，它还可以确定在反应中什么是正在发生的，以及反应的速率和机理。
结论红外光谱如今在化学，生物学和材料科学等领域中得到了广泛的应用。
通过这种工具，科学家可以研究化学反应和材料结构，设计出新型药物和材料。
手把手教你红外光谱谱图解析
手把手教你红外光谱谱图解析一、红外光谱的原理[1]1. 原理样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收其中一些频率的辐射，分子振动或转动引起偶极矩的净变化，是振-转能级从基态跃迁到激发态，相应于这些区域的透射光强减弱，透过率T%对波数或波长的曲线，即为红外光谱。
辐射→分子振动能级跃迁→红外光谱→官能团→分子结构2.红外光谱特点红外吸收只有振-转跃迁，能量低；除单原子分子及单核分子外，几乎所有有机物均有红外吸收；特征性强，可定性分析，红外光谱的波数位置、波峰数目及强度可以确定分子结构；定量分析；固、液、气态样均可，用量少，不破坏样品；分析速度快；与色谱联用定性功能强大。
3.分子中振动能级的基本振动形式红外光谱中存在两类基本振动形式：伸缩振动和弯曲振动。
图一伸缩振动图二弯曲振动二、解析红外光谱图1.振动自由度振动自由度是分子独立的振动数目。
N个原子组成分子，每个原子在空间上具有三个自由度，分子振动自由度F=3N-6(非线性分子)；F=3N-5(线性分子)。
为什么计算振动自由度很重要，因为它反映了吸收峰的数量，谱带简并或发生红外非活性振动使吸收峰的数量会少于振动自由度。
U=0→无双键或环状结构U=1→一个双键或一个环状结构U=2→两个双键，两个换，双键+环，一个三键U=4→分子中可能含有苯环U=5→分子中可能含一个苯环+一个双键2.红外光谱峰的类型基频峰：分子吸收一定频率红外线，振动能级从基态跃迁至第一振动激发态产生的吸收峰，基频峰的峰位等于分子或者基团的振动频率，强度大，是红外的主要吸收峰。
泛频峰：分子的振动能级从基态跃迁至第二振动激发态、第三振动激发态等高能态时产生的吸收峰，此类峰强度弱，难辨认，却增加了光谱的特征性。
特征峰和指纹峰：特征峰是可用于鉴别官能团存在的吸收峰，对应于分子中某化学键或基团的振动形式，同一基团的振动频率总是出现在一定区域；而指纹区吸收峰特征性强，对分子结构的变化高度敏感，能够区分不同化合物结构上的微小差异。
红外光谱分析
红外光谱分析序言二十世纪初叶，Coblentz发表了一百多个有机化合物的红外光谱图，给有机化学家提供了鉴别未知化合物的有力手段。
到四十年代红外光谱技术得到了广泛的研究和应用。
当今红外光谱仪的分辨率越来越高，检测范围扩展到10000－200cm-1，样品量少至微克级。
红外光谱提供的某些信息简捷可靠，检测样品中有无羰基及属于哪一类（酸酐、酯、酮或醛）是其他光谱技术难以替代的。
因此，对从事有机化合物为研究对象的化学工作者来说，红外光谱学是必需熟悉和掌握的一门重要光谱知识。
一、基本原理1、基本知识光是一种电磁波。
可根据电磁波的波长范围分成不同类型的光谱，它们各自反映出物质的不同类型的运动形式。
表1列出这些电磁波的波长，其所在区域的光谱名称，以及对应的运动形式。
红外光谱研究的内容涉及的是分子运动，因此称之为分子光谱。
通常红外光谱系指2-25μ之间的吸收光谱，常用的为中红外区4000-650cm-1或4000-400cm-1。
这段波长范围反映出分子中原子间的振动和变角振动，分子在振动运动的同时还存在转动运动。
在红外光谱区实际所测得的图谱是分子的振动与转动运动的加合表现，即所谓振转光谱。
每一化合物都有其特有的光谱，因此使我们有可能通过红外光谱对化合物作出鉴别。
红外光谱所用的单位波长μ，波数cm-1。
光学中的一个基本公式是λυ= C，式中λ为波长，υ为频率，C为光速(3×1010cm/s)。
设υ为波数，其含义是单位长度(1cm)中所含的波的个数，并应具有以下关系：波数(cm-1)＝104/波长(μ)波长和波数都被用于表示红外光谱的吸收位置，即红外光谱图的横坐标。
目前倾向于普遍采用波数为单位，而在图谱上方标以对应的波长值。
红外光谱图的纵坐标反映的是吸收强度，一般以透过率(T%)表示。
2、红外光谱的几种振动形式主要的基本可以分为两大类：伸缩振动和弯曲振动。
(1)伸缩振动(υ)沿着键轴方向伸或缩的振动，存在对称与非对称两种类型。
红外吸收光谱与分子结构的关系
➢ 红外光谱还可作为色谱检测器。
第二节 红外光谱的理论基础
一、红外吸收与分子结构
1. 双原子分子的振动
红外光谱产生于分子的振动.从经典力学的观点，采用谐振子模型来研究 双原子分子的振动，即化学键相当于无质量的弹簧，它连接两个刚性小球，它们 的质量分别等于两个原子的质量。
m1
根据虎克定律：
1 k 2c
红外光谱主要用于定性分析 但也可用于定量分析
➢ 定性: 红外光谱最重要的应用是中红外区 有机化合物的结构鉴定。通过与标准谱图比较， 可以确定化合物的结构；对于未知样品，通过 官能团、顺反异构、取代基位置、氢键结合以 及络合物的形成等结构信息可以推测结构。
➢ 定量: 近年来红外光谱的定量分析应用也 有不少报道,尤其是近红外、远红外区的研究报 告在增加。如近红外区用于含有与C，N，O等 原子相连基团化合物的定量；远红外区用于无 机化合物研究等。
第五章 红外吸收光谱法
第一节 概述
1. 红外光谱的历史
• 1800年英国科学家赫谢尔发现红外线 • 1936年世界第一台棱镜分光单光束红外光谱仪制
成 • 1946年制成双光束红外光谱仪 • 60年代制成以光栅为色散元件的第二代红外光谱
红外吸收光谱
酯
~1 820cm-1 ~1 760cm-1
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（7）费米（Fermi）振动 当倍频或组频峰与基频峰相近时，产生强 吸收带或峰的分裂现象。如醛基—CHO的C-H 伸缩振动与其弯曲振动倍频的Fermi振动，出 现2820cm-1和2720cm-1附近强度相近的双峰。 但2820cm-1的醛氢C-H伸缩常被CH3和CH2的 C-H伸缩振动（2870 、2850cm-1 ）掩盖。
COCI
CO
1773cm-1和1736 cm-1出现两个C=O吸收峰
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■吸收峰强度的影响因素
（1）（瞬间）偶极矩变化大，吸收峰强。 红外吸收谱带的强度取决于分子振动时偶极矩 的变化。而偶极矩与分子结构的对称性有关。 振动的对称性越高，振动中分子偶极矩变化越 小，谱带强度也就越弱。一般，极性较强的基 团（如C＝O，C－X等)振动，吸收强度较大； 极性较弱的基团(如C＝C、C－C、N＝N等) 振动，吸收较弱。
能级是量子化的，分子振动只能吸收一定的能量 ★吸收的能量将取决于键力常数（k）与两端连接的 原子的质量，即取决于分子内部的特征。这就是 红外光谱可以测定化合物结构的理论依据。
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红外吸收光谱的术语：
基频峰：当分子吸收红外辐射后，振动能级从 基态跃迁到第一激发态时所产生的 吸收峰。
(2)照射分子的红外光的频率与分子某种振动 频率相同时，才能产生跃迁，在红外谱图 上出现相应的吸收带。（△E辐射= △E振动 ）
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二、分子振动与红外吸收峰
1.双原子分子的振动 简谐振动：分子中的原子视为小球，其间的化 学键看作不计质量的弹簧。原子沿 键轴方向的伸缩振动。
红外光谱图文课件PPT
04
红外光谱实验技术
Байду номын сангаас
样品制备技术
01
02
03
固体样品制备
将样品研磨成粉末，然后 与KBr混合压制成透明片 或与Ge晶片接触测量。
液体样品制备
将液体样品涂在CaF2或 NaCl晶片上，或使用液膜 法测量。
气体样品制备
将气体样品通过吸收池， 利用适当的吸收剂吸收后 进行测量。
红外光谱的表示方法
谱图
红外光谱图是以波长为横坐标，以透 射比或吸光度为纵坐标绘制的图谱。
峰的位置与强度
特征峰与峰带
特征峰是指特定官能团对应的吸收峰， 峰带则是由多个特征峰组成的区域， 可以反映分子中存在的官能团及其结 构特征。
峰的位置表示特定波长的红外光被吸 收，峰的强度则反映该波长下分子振 动的程度。
红外光谱图文课件
目录
• 红外光谱基本概念 • 红外光谱与分子结构的关系 • 红外光谱的应用 • 红外光谱实验技术
01
红外光谱基本概念
红外光谱的产生
分子振动
分子中的原子或分子的振动会产 生能量变化，当这些变化与红外 光相匹配时，光被吸收，形成红 外光谱。
分子振动类型
分子振动主要有伸缩振动和弯曲 振动两种类型，伸缩振动是指原 子沿键轴方向的往复运动，弯曲 振动则是指分子构型的变化。
02
仪器维护
定期对仪器进行校准和维护，确保测量准确性。
03
安全防范措施
了解并遵守实验室安全规定，避免直接接触有毒有害物质；在操作过程
中注意防止气体泄漏和火灾事故的发生；实验结束后，应按照实验室规
定正确处理废弃物。
红外光谱与分子结构
10:13:28
酰胺的红外光谱图
10:13:28
不同酰胺吸收峰数据
谱带类型 υ 伯 酰 δ 胺 υ
（N-H） （C=O）
谱带名称
酰胺Ⅰ谱带 （面内） 酰胺Ⅱ谱带 （N-H） υ （Ｃ－Ｎ） 酰胺Ⅲ谱带 δ （N-H） （面外） 酰胺Ⅳ谱带 υ
（N-H）
游离 3500 cm-1 3400 cm-1 1690 cm-1 1600 cm-1 1400 cm-1 700 cm-1 3440 cm
含 氢 化 学 键
伸 缩 振 动 变 形 振 动
活 泼 氢 不 饱 和 氢 饱 和 氢 三 键 双 键
Ｏ－Ｈ Ｎ－Ｈ Ｐ－Ｈ Ｓ－Ｈ
Ｃ－Ｈ Ａr－Ｈ ＝Ｃ－Ｈ －ＣＨ３ ＣＨ２ －ＣＨ Ｃ Ｃ Ｎ Ｃ Ｒ２Ｃ＝Ｏ ＲＨＣ＝Ｏ Ｃ＝Ｃ Ｃ－Ｏ Ｃ－Ｎ Ｃ－Ｃ Ｃ－Ｃ－Ｃ Ｃ－Ｎ－Ｏ Ｈ－Ｃ＝Ｃ－Ｈ Ｒ－Ａr－Ｈ Ｈ－Ｃ－Ｈ
伯-OH
1050 cm-1 1100 cm-1 1150 cm-1 1200 cm-1
α 支化：-15 cm-1 α 不饱和：-30 cm-1
—OH基团特性
分子间氢键： 双分子缔合（二聚体）3550-3450 cm-1 多分子缔合（多聚体）3400-3200 cm-1 分子内氢键：多元醇（如1，2-二醇 ）
1680 cm1530 cm1260 cm700 cm-1 650 cm-1 1650 cm-1 1180-1060 cm-1
10:13:28
υ υ
C C
2140-2100cm-1 （弱） 2260-2190 cm-1 （弱）
C C
c)C-H 变形振动(1000-700 cm-1 )
面内变形（=C-H）1400-1420 cm-1 （弱） 面外变形（=C-H） 1000-700 cm-1 （有价值）
红外光谱与分子结构
红外光谱与分子结构红外光谱是一种常见的分析手段，广泛应用于有机化学、无机化学、生物化学等领域。
红外光谱可以通过分析样品吸收或散射红外光的情况，来推测样品的分子结构和功能团。
本文将从红外光谱的原理、仪器和应用三个方面介绍红外光谱与分子结构的关系。
首先，红外光谱的原理是基于分子的振动和转动。
在红外区域的光波长介于0.7~300微米之间，与分子振动和转动的能级差相匹配。
当红外光与样品分子作用时，吸收特定频率的红外光，产生分子振动或转动。
这些振动和转动对应了不同的波数，可以通过分析红外光谱图谱来确定这些振动和转动的特征波数。
其次，红外光谱的仪器主要包括光源、样品室、光栅和探测器等。
光源一般采用红外灯泡或者红外激光，用来发射红外光。
样品室会将样品转换为红外光，这通常有两种方式，一种是液膜法，将样品溶解在适当的溶剂中，用一个透明的膜将样品涂抹在红外光谱仪的样品室上；另一种是固体法，即直接将固体样品放在样品室中。
光栅是一个光学元件，将红外光按不同波数进行解析和分散。
探测器可以将样品吸收或散射的红外光转换为电信号，并由电子设备进行处理和记录。
最后，红外光谱在分子结构分析中具有广泛的应用。
首先，红外光谱可以用于确定有机分子的功能团。
不同官能团会在红外光谱图谱中显示出特定的吸收峰。
例如，羟基（-OH）会表现为一个宽而明显的吸收峰，乙烷（-CH3）会表现为一个强烈的吸收峰。
通过比对样品的红外光谱与标准谱或数据库中的红外光谱，可以确定样品中存在的官能团。
其次，红外光谱还可以用于结构的确认和鉴定。
分子的结构影响着分子中原子的振动模式和频率。
例如，双键和三键的振动频率比单键高。
通过观察红外光谱图谱中的吸收峰位置和形状，可以判断样品中的结构类型。
此外，红外光谱还可以用于鉴别同分异构体。
同分异构体在红外光谱中会显示出不同的吸收峰位置和强度，可以通过比对红外光谱来鉴别它们。
除了以上应用，红外光谱还可以用于监测化学反应的进程和分析样品的纯度。
红外光谱口诀
υ=12π√kμ,k为化学键的力学常数；1μ=1+1红外光谱与分子结构的关系4000-1300cm-1高波数段，也是官能团区；1300 cm-1以下为低波段数，也指纹区。
含氢官能团（折合质量小）、含双键或叁键官能团（键力常数大）；在官能团区有吸收，如OH、NH、C=O等重要官能团在该区域有吸收，他们的振动受分子中剩余部分的影响小。
不含氢的单键（折合质量大）、各键的弯曲振动（键力常数小）出现在1300cm-1以下的低波段区。
该波段的吸收特点是振动频率相差不大，振动的耦合作用比较强，因此易受邻近基团的影响。
同时吸收峰数目较多，代表了有机分子的具体特征。
大部分吸收峰不容易找到归属，犹如人的指纹。
因此指纹区的图谱解析不易，但与标准图谱对照可以进行最终确认。
指纹区还包含分子骨架的振动。
官能团的特征吸收频率1.400-2500cm-1X-H（X=C、N、O、S等）的伸缩振动区⑴OH吸收出现在3600-2500 cm-1。
游离氢键的羟基在3600 cm-1附近，为中等强度的尖峰。
形成氢键后，键力常数减小，移向低波数，产生宽而强的吸收。
一般羧酸羟基的吸收频率低于醇和酚，吸收峰可移至2500 cm-1，且为宽而强的吸收。
水分子在3300 cm-1附近吸收（样品或溴化钾含水时出现该峰）⑵NH吸收出现在3500-3300 cm-1，为中等强度的尖峰。
伯胺基因有两个N-H键，具有对称和反对称伸缩振动，因此有两个吸收峰。
仲胺基有一个吸收峰叔胺无N-H吸收。
⑶ CH吸收出现在3000 cm-1附近。
不饱和CH在>3000 cm-1处出峰。
饱和CH（三员环除外）出现在<3000 cm-1处。
CH3有2962 cm-1（反对称伸缩振动）和2872 cm-1（对称伸缩振动）两个吸收峰，甲基多时呈现强吸收峰。
CH2有2926 cm-1（反对称伸缩振动）和2853 cm-1（对称伸缩振动）两个吸收峰。
脂肪族以及无扭曲的脂肪族化合物的这两个吸收带的位置变化在10 cm-1以内。
红外光谱与分子结构的关系解析
红外光谱与分子结构的关系解析红外光谱是一种常用的分析技术，通过测量物质与红外辐射的相互作用，可以获得物质的红外吸收光谱。
这种光谱可以提供关于分子结构和化学键信息的宝贵线索。
在本文中，我们将探讨红外光谱与分子结构之间的关系，并解析这一关系的意义和应用。
首先，我们来了解一下红外光谱的原理。
红外辐射是电磁波的一种，其频率范围在可见光和微波之间。
当红外辐射与物质相互作用时，物质的分子会发生振动和转动，从而引起红外光的吸收。
不同类型的化学键和分子结构会导致不同的振动模式和频率，因此红外光谱可以提供关于分子结构的信息。
在红外光谱中，常见的吸收带有不同的形状和位置。
这些吸收带对应着不同的化学键和官能团。
例如，C-H键的振动通常在3000-2850 cm-1之间，而O-H键的振动则在3700-3200 cm-1之间。
通过观察红外光谱中的吸收带的位置和强度，我们可以初步推断物质中存在的官能团和化学键类型。
然而，红外光谱的解析远不止于此。
通过进一步的分析和比对，我们可以获得更多的信息。
例如，通过观察红外光谱中的峰形和峰宽，我们可以推断分子的对称性和结构。
对称性较高的分子通常会产生对称的峰形，而非对称分子则会产生不对称的峰形。
此外，峰宽也可以提供关于分子内部运动的信息。
较宽的峰通常意味着分子内存在着较大的振动和转动自由度。
除了吸收带的位置和形状，红外光谱还可以提供关于分子结构的定量信息。
例如，通过测量红外光谱中吸收带的强度，我们可以推断不同化学键的相对含量。
吸收带的强度与振动模式的摩尔吸光系数相关，而摩尔吸光系数则与化学键的强度和数量有关。
因此，通过分析吸收带的强度，我们可以了解到分子中不同化学键的相对含量。
此外，红外光谱还可以用于研究分子间的相互作用和结构变化。
例如，通过观察红外光谱中的氢键和范德华力的吸收带，我们可以推断分子中氢键的形成和破坏。
此外，红外光谱还可以用于研究溶剂效应和温度效应对分子结构的影响。
红外光谱与分子结构的关系不仅在化学领域有着广泛的应用，还在其他科学领域中发挥着重要作用。
红外光谱分析77952
红外光谱分析序言二十世纪初叶，Coblentz发表了一百多个有机化合物的红外光谱图，给有机化学家提供了鉴别未知化合物的有力手段。
到四十年代红外光谱技术得到了广泛的研究和应用。
当今红外光谱仪的分辨率越来越高，检测范围扩展到10000－200cm-1，样品量少至微克级。
红外光谱提供的某些信息简捷可靠，检测样品中有无羰基及属于哪一类（酸酐、酯、酮或醛）是其他光谱技术难以替代的。
因此，对从事有机化合物为研究对象的化学工作者来说，红外光谱学是必需熟悉和掌握的一门重要光谱知识。
一、基本原理1、基本知识光是一种电磁波。
可根据电磁波的波长范围分成不同类型的光谱，它们各自反映出物质的不同类型的运动形式。
表1列出这些电磁波的波长，其所在区域的光谱名称，以及对应的运动形式。
红外光谱研究的内容涉及的是分子运动，因此称之为分子光谱。
通常红外光谱系指2-25μ之间的吸收光谱，常用的为中红外区4000-650cm-1(2.5-15.4μ)或4000-400cm-1。
这段波长范围反映出分子中原子间的振动和变角振动，分子在振动运动的同时还存在转动运动。
在红外光谱区实际所测得的图谱是分子的振动与转动运动的加合表现，即所谓振转光谱。
每一化合物都有其特有的光谱，因此使我们有可能通过红外光谱对化合物作出鉴别。
红外光谱所用的单位波长μ，波数cm-1。
光学中的一个基本公式是λυ= C，式中λ为波长，υ为频率，C为光速(3×1010cm/s)。
设υ为波数，其含义是单位长度(1cm)中所含的波的个数，并应具有以下关系：波数(cm-1)＝104/波长(μ)波长和波数都被用于表示红外光谱的吸收位置，即红外光谱图的横坐标。
目前倾向于普遍采用波数为单位，而在图谱上方标以对应的波长值。
红外光谱图的纵坐标反映的是吸收强度，一般以透过率(T%)表示。
2、红外光谱的几种振动形式主要的基本可以分为两大类：伸缩振动和弯曲振动。
(1)伸缩振动(υ)沿着键轴方向伸或缩的振动，存在对称与非对称两种类型。
红外光谱与分子结构
红外光谱与分子结构 It was last revised on January 2, 2021红外光谱与分子结构一、红外光谱的特征性通过对大量标准样品的红外光谱的研究，处于不同有机物分子的同一种官能团的振动频率变化不大，即具有明显的特征性。
这是因为连接原子的主要为价键力，处于不同分子中的价键力受外界因素的影响有限！即各基团有其自已特征的吸收谱带。
例：2800～3000cm-1：-CH3特征峰；1600～1850cm-1：-C=O 特征峰；基团所处化学环境不同，特征峰出现位置变化：—CH2—CO—CH2— 1715cm-1酮—CH2—CO—O— 1735cm-1酯—CH2—CO—NH— 1680cm-1 酰胺二、红外光谱的分区习惯上把化合物的4000～400cm-1范围的中红外区的红外光谱划分为四个区域。
1、X–H 伸缩振动区：4000～2500cm-1，X=O、N、C、S，…；2、叁键及累积双键伸缩振动区：2500～1900cm-1；3、双键伸缩振动区：1900～1200cm-1；4、X–Y伸缩振动，X–H 变形振动区：<1650cm-1；指纹区：1330～650cm-1，X–C（X≠H）键的伸缩振动及各类变形振动。
特征区：某些官能团的伸缩振动。
特点：吸收峰比较少，同一官能团存在于不同的化合物中，吸收峰位置变动不大，特征性较强，可以用来鉴定官能团。
指纹区：某些分子的骨架振动。
特点：振动频率对整个分子结构环境的变化十分敏感，分子结构的细微变化，引起该区域的变化十分地灵敏，可用于鉴别不同化合物。
1、X–H 伸缩振动区（4000～2500cm-1）X代表O、N、C、S时，对应醇、酚、羧酸、胺、亚胺、炔烃、烯烃、芳烃及饱和烃类的 O–H、N–H、C–H伸缩振动。
（1）O–H醇与酚：游离态（浓度小），3640～3610cm-1，峰形尖锐；缔合（浓度大），3300cm-1附近，峰形宽而钝。
羧酸：3300～2500cm-1，中心约3000cm-1，谱带宽。
红外光谱
不明显
醇、酚、醚
C-O RNH2 R2NH
胺
特征峰
类别 醛、酮
键和官能团
C=O R-CHO C=O
拉
1750-1680 2720
伸 (cm-1)
说
明
上的氢） （C=O上的氢） 上的氢
与CH3和CH2容易区分 和 容易区分
羧酸 OH 酰卤 酸酐 酯 酰胺 腈 C=O C=O C=O; C-O-C C=O NH2 C≡N ≡
２、必须能引起分子偶极矩变化的振动才能产生红外 必须能引起分子偶极矩变化的振动才能产生红外 偶极矩变化 吸收光谱 偶极矩变化与原子电负性、 偶极矩变化与原子电负性、振动类型以及分子 的对称性有关。 的对称性有关。
H2、O2、N2 电荷分布均匀，振动不能引起红外吸收。 电荷分布均匀，振动不能引起红外吸收。 C≡C
3、影响吸收峰减少的因素 、 （１） （２） （３） 偶极矩不发生变化的， 偶极矩不发生变化的，没有红外吸收 发生峰的简并 吸收峰在中红外区外
（４） 吸收强度太弱 （５） 强峰对弱峰的覆盖
三、分子的振动类型 (1) ) 伸缩振动： 伸缩振动：
沿轴振动，只改变键长，不改变键角
C
称 缩 动 对 伸 振 (νs) -1 (2853 cm )
二、分子振动 1、双原子分子振动为近似的简谐振动 、双原子分子振动为近似 近似的简谐振动 简正振动：反映的是某一化学键的键长和键角变化， 简正振动：反映的是某一化学键的键长和键角变化， 吸收频率为化学键的特征吸收峰。 吸收频率为化学键的特征吸收峰。 光谱选律为 双原子分子可产生 红外吸收峰 ∆ν ＝±１ 的振动。 ∆ν ＝ ± ３的振动。 ∆ν ＝ ± 1 的跃迁所产生的吸收 ∆ν ＝ ± 2 的跃迁所产生的吸收 ∆ν ＝ ± ２或
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C=O /cm
H3C C CH3 1715 O
-1
1680
1665
O
C=O /cm
CH2 C CH2 1705～ 1725
CH CH C CH2
1665～1685
CH CH C CH CH
1660～ 1670
-1
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(3) 中介效应（M效应）
第六章 红外光谱法和激 光拉曼光谱法
Infraredspectroscopy and Laser Raman spectroscopy
6.3.1 典型有机 化合物的红外光 谱 6.3.2影响频率位 移的因素
第三节 红外光谱与分子结 构的关系
Relation of Infrared spectrograph and molecule structure
-1
C H3
C H3 C C H3 C H3
-1
4:5
1195 cm-1
1405 ～1385 cm-1 1372 ～1365 c m
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-1
1:2
1250 cm-1
(1) CH2面外变形振动—(CH2)n—，证明长碳链的存在。
n=1，770~785 cm-1 （中 ）； n=2，740 ~ 750 cm-1 （中 ）； n=3，730 ~740 cm-1 （中 ）； n≥ ， 722 cm-1 （中强 ）。
脂族 R–OCH3 νs (CH3) 2830～2815cm-1 芳族 Ar–OCH3 νs (CH3) ~285（–N-–H ）
伯胺 R—NH2和Ar—NH2的 N—H伸缩振动产生双峰
ν
3500cm-1 as νs 3400cm-1
仲胺为单峰，R—NH—R’ ：3350～3310cm-1 Ar—NH—R ：3450cm-1 变形振动δ（NH2）：1560～1640cm-1和 650～900cm-1 脂肪胺ν (C—N)：
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2. 溶剂的影响
规律：极性基团（–OH, – NH, – C=O, – CN）的伸缩 振动频率随溶剂极性增大（相互作用增强）而向低波数 方向移动，且强度增大。 变形振动则向高波数方向移动。 例：羧酸（ – COOH）
非极性溶剂（CCl4，CS2），单体： σC=O 1762 cm-1
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3515cm-1
2895 cm-1
2950cm-1
3640cm-1
3350cm-1
0.01mol· -1 L 0.1mol· -1 L 0.25mol· -1 L 1.0mol· -1 L
不同浓度的乙醇-四氯化碳溶液IR图
14:25:33
14:25:33
CH3 C CH3 CH3
R2 C C H H C C H H
ν
(C=C）
1680～1665 cm-1
弱，尖
分界线
1660cm-1
1660～1630cm-1
中强，尖
总结
ⅰ 分界线1660 cm-1 。 ⅱ 顺强，反弱。 ⅲ 四取代（不与O，N等相连）无ν(C=C)峰。 ⅳ 端烯的强度强 。 ⅴ共轭使ν(C=C)下降20～30 cm-1 。
当含有孤对电子的原子与具有多重键的原子相连时， 也可引起类似的共轭作用( n-π共轭，形成共振结构)，引 起的基团特征频率位移。 例：酰胺分子中存在的共振结构
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５．酰胺
游离伯酰胺：ν(N–H)在～3500 cm-1和～3400 cm-1双峰； 游离仲酰胺：ν(N–H)在～3450 cm-1出现单峰； 缔合的伯酰胺：ν(N–H)在3350～3100 cm-1产生几个峰； 缔合的仲酰胺：ν(N–H)在～3300 cm-1出现吸收峰。 N—H的面外变 形振动在～700 cm-1产生强而宽 的谱带 。
2140～2100cm-1 （弱）
2260～2190 cm-1 （弱）
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3. =C–H 变形振动(1000～700 cm-1 )
面内变形（=C–H）1400～1420 cm-1 （弱） 面外变形（=C–H） 1000～700 cm-1 （有价值）
R1 H R1 R2 R1 R2 C C R4 610～700 cm-1（强）
多元醇（如1,2-二醇 ）
3600～3500 cm-1
螯合键（和C=O，NO2等）3200～3500 cm-1 多分子缔合（多聚体）3400～3200 cm-1 水(溶液)：3710 cm-1 水(固体)：3300 cm -1
分子间氢键随浓度而变， 而分子内氢键不随浓度而变。
结晶水： 3600～3450 cm-1
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6.3.1 典型有机化合物的红外光谱
一、饱和烃及其衍生物 1．烷烃
（CH3，CH2，CH）(C—C,C—H ) δ as1460 cm-1 3000cm-1 CH3 重 δ s1380 cm-1 叠 CH2 δ s1465 cm-1 CH2 r 720 cm-1（水平摇摆）
CH2 对称伸缩2853cm-1±10 CH3 对称伸缩2872cm-1±10 CH2不对称伸缩2926cm-1±10 CH3不对称伸缩2962cm-1±10
芳香族
as （N=O）=1550～1500cm s （N=O）=1365～1290cm
ν
-1
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6.3.2影响频率位移的因素
一、外部因素
状态、粒度、溶剂、重结晶条件及制样等。
外部因素的影响将使红外吸收频率产生较大改变。
1. 物理状态的影响
气态分子：分子间作用力弱，分子可自由旋转，测得的 频率最高。 丙酮： 气态 C=O 1742cm-1 ； 液态 C=O 1718cm-1 羧酸：气态，单体 C=O 1780cm-1 ； 二聚体 C=O 1730cm-1 纯液体二聚体 C=O 1712cm-1
变形振动～ 1380 cm-1吸 收峰裂分； 强度相等； 有异丙基存 在。
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2. 醇（–OH）
O – H，C – O
(1) – OH 伸缩振动(>3600 cm-1) (2) 碳氧伸缩振动(1100 cm-1)
ν
游 离 醇 和 酚
伯– OH
( – OH)
3640cm-1
ν(C-O)
1050 cm-1
2900～2800 cm-1 3080～3030 cm-1
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2. C=C 伸缩振动(1680～1630 cm-1 )
反式烯 三取代烯 四取代烯 顺式烯 乙烯基烯 亚乙烯基烯
R1 H R1 R2 R1 R2
R1 H R1 H R1 R2 C C H
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H C C R2 C C R3 H R3 C C R4
2：1850～1780 cm-1
790～840 （820 cm-1）
cm-1
890 cm-1（强）
2：1800～1780 cm-1
H C C R
R1 C C R 2
谱图
14:25:33
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对比
烯烃顺反异 构体， 1660 cm-1 ，
顺强反弱 。
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三、 芳烃
2. 醛
特征1：醛羰基ν(C＝O)：～1725 cm-1。 特征2：2820 cm-1 和 2720 cm-1 弱的双峰。
14:25:33
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3．羧酸
ν(C=O)、ν(O-H)和δ(O-H) 是红外光谱中识别羧酸 的主要系列峰。
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4．酯
(1) υ（C＝O）：～1735 cm-1特征吸收峰。 (2) 1300～1030 cm-1的强吸收峰，二个峰。 C－O－C基团的不对称和对称伸缩振动；不对称伸 缩振动的谱带强且宽，称为酯谱带。
1. C–H 伸缩振动(> 3000 cm-1) 2. 芳环骨架ν（C=C）: 1600 cm-1和1500 cm-1
与C=O，C=C，NO2等共轭时，1600 cm-1裂分为1600 cm-1和1580 cm-1；强度增加。
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3. Ar—H面外变形振动γ： 650～900cm-1 (较强)。
仲– OH
叔– OH 酚– OH
3630cm-1
3620cm-1 3610cm-1
14:25:33
1100 cm-1
1150 cm-1 1200 cm-1
—OH 基团特性：
分子间氢键： 双分子缔合（二聚体）3550～3450 cm-1 多分子缔合（多聚体）3400～3200 cm-1 分子内氢键：
F
C=O/cm
1715
O
O
O
O
F3C C OCH3 Cl3C C OCH3 Cl2HC C OCH3 Br3 C C OCH3
C=O /cm
-1
1780
1768
14:25:33
1755
1740
(2) 共轭效应（C效应）
共轭体系中的电子云密度趋于平均化，双键略有伸 长(即电子云密度降低)、力常数减小，吸收频率向低波 数方向移动。
14:25:33
–(CH2)n– n≥
由于支链的引入，使CH3的对称变形振动发生变化。
H C C H3 C H3 C H3 C CH3 δ
-1 1385 ～1380 cm
s
C—C骨架振动
1:1
1155cm-1
1170cm-1
1372 ～ 1368 cm-1 1391 ～1381 cm 1368 ～1366 cm
极性溶剂，乙醚中： σC=O 1735 cm-1 乙醇中： σC=O 1720 cm-1
14:25:33