波谱分析(1)

1670 cm-1（弱或无）
共轭烯烃，共轭效应使C=C的力常数减小，向低波数方向移动。C=C-C=C 1600 cm-1偶 合，～1650 cm-1有时能看到另一个峰，双键共轭越多，吸收峰逐渐变宽。
第八章 有机化合物的波谱分析 1-癸烯
炔烃
-C≡C-的力常数大于C=C，伸缩振动出现在高波数 RC≡C-H： ≡C-H伸缩振动 3310-3300 cm-1（较强），与N-H伸缩振动 相近，但N-H吸收峰为宽峰，易于识别。 ≡C-H面外弯曲振动 700-600 cm-1 -C≡C-伸缩振动 2300-2100 cm-1（弱）
600MHz 60MHz
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200－800nm:引起电子运动能级跃迁，得到紫外及可见光谱； 2.5-25μm:引起分子振、转能级跃迁，得到红外光谱； 60-600MHz:核在外加磁场中取向能级跃迁，得到核磁共振谱。
第八章 8.2 红外光谱（Infrared Spectroscopy,IR）有机化合物的波谱分析 8.2.1 分子振动与红外光谱
1 1 1 k( ) 2c m1 m 2
式中： k— 化学键的力常数；
(2)
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。 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。
(2) 分子振动模式
烃。
类型 RCH=CH2
＝C-H伸缩振动
C＝C伸缩振动
＝C-H面外摇摆振动
＞3000 cm-1（中） 1645 cm-1（中） 910-905 cm-1（强）995-985 cm- （强） 1653 cm-1（中） 895-885 cm-1（强） 730-650 cm-1（弱、宽） 980-965 cm-1（强）
(1) 振动方程式
分子的近似机械模型——弹簧连接小球。 分子的振动可用Hooke’s rule来描述：
1 n 2
红外光谱中，频率常用波数表示。
1 1 k( ) m1 m2
(1)
波数——每厘米中振动的次数。波数与波长互为倒数。
(1cm=104μm)
分子振动与红外光谱 若将频率采用波数表示，Hooke’s rule则可表示为：
若将频率采用波数表示，Hooke’s rule则可表示为：
1 1 1 k( ) 2c m1 m 2
式中： k— 化学键的力常数；
(2)
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。 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。
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分子振动与红外光谱
(3) 红外光谱的一般特征
横坐标：波长/λ或波数/cm-1。 红外谱图有等波长及等波数两种，对照标准谱图时应注意。 纵坐标：吸光度A或透光率T。 log( 1 ) A T 一般情况下，一张红外光谱图有5~30个吸收峰。
(5)红外吸收峰的强度和形状常用下列符号表示：
R1R2C=CH2 ＞3000 cm-1（中）
R1CH=CHR2）＞3000 cm-1（中） 1650 cm-1（中） （顺） R1CH=CHR2＞3000 cm-1（中） 1675 cm-1（弱） (反） R1R2C=CHR3 R1R2C=CR3R4 ＞3000 cm-1（中） 无
1680 cm-1（中～弱） 840-790 cm-1（强）
分子的振动类型有两大类：
分子振动与红外光谱
伸缩振动（ν）：只改变键长，不改变键角；波数较高。 弯曲振动（δ）：只改变键角，不改变键长；波数较低。
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-1
振动类型 O-H 伸缩
3750～3000 N-H 伸缩 ≡C-H 伸缩 3300～3010 =C-H 伸缩
相关有机化合物中基团的特征频率/cm 醇酚单体 3650-3590(s);缔合 3400-3200(s,b) 酸 单体 3560-3500(m) ;缔合 3000-2500(s,b) 胺 1。;3500(m)和 3400(m);2。3500-3300(m) 亚胺 3400-3300(m) 酰 胺 3350(m) 和 3160(m); 一 取 代 酰 胺 3320-3060(m) 炔 3300 (s) 烯 3090-3010(m) 芳烃 -3030
2、红外谱带的影响因素：
（1）成键原子杂化方式
C
C
H
C
C
H
C
C
H
3000-2850
（2）电子效应
O H3C C CH3 1720 O H3C C CH3 1720
3100-3000
3300
O H3C C OCH3 1740 O H3C C CH 1680 CH2 1620
O H3C C Cl 1780
C-H 伸缩
烷烃 CH3:2962+10(s)和 2872+10(s) CH2:2926+10(s)和 2853+10(s)
区段 (Ⅳ) 三键和 累积双 键伸缩 振动区
波数范围/cm-1
振动类型 C≡C 伸缩
2400～2100
C≡N 伸缩 -N=C=O 伸缩 -C=C=O 伸缩
相关有机化合物中基团的特征频率/cm-1 炔 RC≡CH 2140-2100(S) RC≡CR’2260-2190(v,w) 腈 2260～2240(m) 异氰酸酯 2275～2240(s) 烯酮 ～2150 酸酐 1850～1800(s);1790～1740(s) 酰卤 1815～1770(s) 酯 1750～1735(s) 醛 1740～1720(s) 酮 1725～1705(s) 酸 1725～1700(s) 酰胺 1690～1630(s) 烯 1680～1620(v) 芳环 1600(v);1580(m);1500(v);1450(v) 亚胺、肟 1690～1640(v) 偶氮 1630～1575(v) 烷烃 CH3: 1470～1430(m);1380～1370(s) CH2: 1485～1445(m) CH: 1340(w)
很强 强 中等 弱 Vs (very strong) 宽峰 肩峰 双峰 B (broad)
S (strong)
Sh (shoulder)
M (midium)
D (double)
W (weak)
8.2.2有机化合物基团的特征频率P90-91
区段 (Ⅰ) N-H 和 O-H 伸 缩振动 区 特 征 频 率 区 (Ⅱ) 不饱和 C-H 伸 缩振动 区 (Ⅲ) 饱和 C-H 伸 缩振动 区 波数范围/cm
⑤查阅、对照标准谱图，确定分子结构。
4、红外图谱的解析实例
例1 烷烃： C—H伸缩振动2940cm-1和2860 cm-1 C—H面内弯曲1460（不对称）和1380（对称） -(CH2)n- (n>=4)一般在720 cm-1处有特征峰（弱）
十二烷
第八章 有机化合物的波谱分析
例2 烯烃： 三种特征吸收。
CH2 CHCH2CH3 1650
（3）氢键作用：一般使谱带移向低波数，且变宽
3、一般步骤
①计算不饱和度。——样品中有无双键、脂环、苯环？
②官能团区：峰的位置？强度？ ——样品中有哪些官能团？
③指纹区：有无诊断价值高的特征吸收？ 如：1380cm-1有峰？1000 cm-1以下有峰？形状如何？双键的 取代情况及构型？苯环上的取代情况？ ④其他信息：来源？合成方法？化学特征反应？物理常数？ NMR、MS、UV谱图特征？ ——掌握的信息越多，越有利于给出结构式。
-1
说明 无论单体 还是缔合， ν N-H 吸收都 比ν O-H 吸收 尖而弱 醛基的 ν =C-H 吸 收 于 2820cm-1 -1 和 2720cm 处 3000cm-1 处 为区分饱 合与不饱 合ν C-H 的分 界线 (▷-H 的 ν C-H 吸收在 3050cm-1 处
3000～2800
8.2.3.红外谱图解析
1、红外谱图解析基础知识
(1) 特征频率区：红外光谱中4000-1～1350cm-1的高频 区称为特征频率区。主要是X-H、三键( C （C=C,C=O,C=C)的伸缩振动。 (2) 指纹区：红外光谱的1250cm-1 ～ 675cm-1的低频 区称为指纹区。主要是各种单键（C-N,C-O,C-C)的伸 缩振动及各种弯曲振动的吸收峰。
2-辛炔
CH3CH2CH2CH2CH2C CCH3
例4：芳烃
芳烃的特征吸收主要是苯环骨架及芳氢的伸缩振动吸收。
单环芳烃的苯环骨架在 1600，1580，1500，1450 cm－1 芳氢的伸缩振动在3110～3010 cm－1（中） 芳氢面外弯曲振动在900～690 cm－1的指纹区
苯环上五氢相连（单取代）：770-735 cm-1 ,710-685 cm-1 例：苯酚的IR 四氢相连（邻二取代）：770-735 cm-1 例：邻二甲苯的IR
C=C伸缩振动 1680-1620 cm-1其强度与位置决定于双键C上取
代基的数目及性质，分子对称性越高吸收峰减弱，如有四个 取代基，常看不到它的吸收（不改变偶极矩）。 ＝C-H伸缩振动3100-3010 cm-1（中强），鉴定双键上的氢原 子是否存在。
＝C-H面外摇摆振动1000-800 cm-1 可用于鉴定各种类型的烯
第八章 有机化合物的波谱分析
8.1 分子吸收光谱和分子结构
第八章 目 录
8.2 红外光谱 (IR) （第4章） 8.3 核磁共振谱 (NMR) （第12章） 8.4 紫外光谱 (UV) 8.5 质谱 (MS) 选读教材IV 选读教材III
测定有机物结构的2种方法：化学法和波谱法
化学法 波谱法
• 需要较多试样（半微量分析， • 样品用量少（<30mg） 用样量为10－100mg） • 损坏样品 • 大量的时间（吗啡碱，1805 －1952年） • 需要熟练的实验技巧，高超 的智慧和坚韧不拔的精神。
C=C伸缩振动 1680-1620 cm-1
R1C≡CR2、CH≡CH 无-C≡C-红外吸收
例3、炔烃： C—H伸缩振动3300cm-1 （尖锐峰） CC伸缩振动2300-2100cm-1(强度与分子对称性有关) C—H面外弯曲振动700-600 cm-1
CH3CH2CH2CH2CH2CH2C CH
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8.1 分子吸收光谱和分子结构 电磁波波长越短，频率越快，能量越高。
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200nm 400nm 800nm
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2.5mm 25mm
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说明
(Ⅴ) 特 羰基伸 征 缩振动 频 区 率 区 (Ⅵ) 两键伸 缩振动 区 (Ⅶ) 饱合 C-H 面 内弯曲 振动区
1900～1630
C=O 伸缩
酸酐两峰相距 -1 60cm
C=C 伸缩 1675～1500 1475～1300 C=N 伸缩 N=N 伸缩 C-H 面 内 弯曲
有 >C(CH3)2 和 -C(CH3)3 基 团 时 ， 1380-1370cm1 处峰裂分为 两峰。
• 不损坏样品（MS除外）
• 分析速度快(＜10min) • 对*C及－C＝C－的构型 确定比较方便
波谱法已成为有机结构分析的常规方法。
8.1 分子吸收光谱和分子结构 一定波长的光与分子相互作用并被吸收，用特写仪器记
录下来就是分子吸收光谱：
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N
) 及双键
(3) 相关峰：习惯上把同一官能团的不同振动方式而
产生的红外吸收峰称为相关峰。如甲基(-CH3)
2960cm-1(nas)、2870cm-1(ns)， 1470cm-1 、1380cm-1
( dC-H剪式及面内摇摆)。 (4)已知物的鉴定：若被测物的IR与已知物的谱峰位置 和相对强度完全一致，则可确认为一种物质（注意仪 器的灵敏度及H2O的干扰）。 (5)未知物的鉴定：可推断简单化合物的结构。对复杂 的化合物，需要UV、NMR、MS的数据