有机波普解析 红外光谱.
第一章_有机化合物的波谱综合解析-3
红外光谱（i nfra r ed spectroscopy 缩写为IR ）由于分子吸收了红外线的能量并导致分子内振动能级的跃迁而产生的记录信号。
IR 谱主要提供分子中官能团的结构信息。
横坐标：波数（σ）400～4000cm -1；表示吸收峰的位臵。
纵坐标：透过率（T %），表示吸收强度。
T ↓，表明吸收的越好，故曲线低谷表示是一个好的吸收带。
%100%0⨯=I IT I ：表示透过光的强度；I 0：表示入射光的强度。
红外光谱官能团区（4000-1500 cm -1）由分子的伸缩振动导致,用于鉴定各种不同官能团产生红外光谱的必要条件：1.红外辐射光的频率与分子振动的频率相当，才能满足分子振动能级跃迁所需的能量，而产生吸收光谱。
2.只有能引起分子偶极矩的变化的振动才能产生IR 光谱。
完全对称的分子H 2、O 2、N 2不会产生红外吸收光谱。
H―C≡C―H 、R―C ≡C―R ，其C≡C （三键）振动也不能引起红外吸收。
指纹区（1500-650 cm-1）分子弯曲及伸缩振动吸收峰,多用于鉴定基团的结合方式官能团区（高频区）1500-4000 cm-1Y －H 伸缩振动区2500～3700 cm-1，Y= O、N、C。
Y≡Z 三键和累积双键伸缩振动区2100～2400 cm-1，主要是：C≡C、C≡N 三键和C＝C＝C、C＝N＝O 等累积双键的伸缩振动吸收峰。
Y＝Z双键伸缩振动区1600～1800 cm-1，主要是：C＝O、C＝N、C＝C等双键。
指纹区（低频区）650-1500 cm-1主要是：C－C、C－N、C－O等单键和各种弯曲振动的吸收峰，其特点是谱带密集、难以辨认。
红外谱图各主要官能团红外光谱的特征吸收峰频率3600-3200NH, OH d, br, s3300C CHstrong3100-3010 =C-H middle2960-2850 -C-H strong2260-21002700-CHO doubleC Cvariable1850-1690 C=OAcids, esters Ketones Aldehydes very strong1680-1620 or 1600-1500 C=C variable 1470-1350 bend C-H1000-700 bend alkenes benzene substituted type4000cm-1650cm-11300-1030 bend C-O C-N几个明显的红外特征峰-OH（醇和酚）：-OH吸收处于3200~3650cm-1，由于-OH可形成分子间或分子内氢键，而氢键所引起的缔合对红外吸收峰的位臵、形状和强度都有重要影响。
有机波谱解析-第三章_红外光谱
由于红外光谱吸收强度受狭缝宽度、温度和溶剂等因素影 响，故不易精确测定，在实际分析中，只是通过与羰基等强吸 收峰对比来定性研究。
谱带强度与振动时偶极矩变化有关,偶极矩变化愈 基团极性 大，谱带强度愈大；偶极矩不发生变化，谱带强度为0， 即为红外非活性。 电子效应
红外吸收强度 偶极距变化幅度 振动偶合
伸缩振动（
as
）两种形式。
弯曲振动：原子垂直于化学键方向的运动。又可以分
它们还可以细分为摇摆、卷曲等振动形式。
为面内弯曲振动（）和面外弯曲振动（ ）两种形式，
+和-表示垂直于纸面方向的前后振动。
亚甲基的振动形式
三、分子振动与红外吸收峰的关系
理论上具有特定频率的每一种振动都能吸收相应 频率的红外光，在光谱图对应位臵上出现一个吸收 峰。实际上，因种种原因分子振动的数目与谱图中
纵坐标为： 百分透过率（%） 横坐标为： 波长（µ m）或波 数（cm-1）。
环戊烷
也可用文字形式表示为：2955cm-1(s)为CH2的反对称伸缩振动 (υasCH2),2870cm-1(m)为CH2的对称伸缩振动(υsCH2) 1458cm-1(m) 为CH2的面内弯曲振动(δ面内CH2),895cm-1(m)为CH2的面外弯曲振动 (面外CH2)
诱导效应大于共轭效应， C＝O 蓝移至 1735 cm-1
三、空间效应
（1）空间位阻 破坏共轭体系的共平面性，使共
轭效应减弱，双键的振动频率蓝移（增大）。
CH(CH3)2 O O O
CH3 CH3
CH3 CH(CH3)2
CH3
1663cm-1
1686cm-1
1693cm-1
（2）环的张力：环的大小影响环上有关基 团的频率。
有机波谱学 红外光谱总结
总结当一束具有连续波长的红外光通过物质，物质分子中某个基团的振动频率或转动频率和红外光的频率一样时，分子就吸收能量由原来的基态振(转)动能级跃迁到能量较高的振(转)动能级，分子吸收红外辐射后发生振动和转动能级的跃迁，该处波长的光就被物质吸收。
所以，红外红外光谱光谱法实质上是一种根据分子内部原子间的相对振动和分子转动等信息来确定物质分子结构和鉴别化合物的分析方法。
将分子吸收红外光的情况用仪器记录下来，就得到红外光谱图。
红外光谱图通常用波长(λ)或波数(σ)为横坐标，表示吸收峰的位置，用透光率(T%)或者吸光度(A)为纵坐标，表示吸收强度。
当外界电磁波照射分子时，如照射的电磁波的能量与分子的两能级差相等，该频率的电磁波就被该分子吸收，从而引起分子对应能级的跃迁，宏观表现为透射光强度变小。
电磁波能量与分子两能级差相等为物质产生红外吸收光谱必须满足条件之一，这决定了吸收峰出现的位置。
红外吸收光谱产生的第二个条件是红外光与分子之间有偶合作用，为了满足这个条件，分子振动时其偶极矩必须发生变化。
这实际上保证了红外光的能量能传递给分子，这种能量的传递是通过分子振动偶极矩的变化来实现的。
并非所有的振动都会产生红外吸收，只有偶极矩发生变化的振动才能引起可观测的红外吸收，这种振动称为红外活性振动；偶极矩等于零的分子振动不能产生红外吸收，称为红外非活性振动。
分子的振动形式可以分为两大类：伸缩振动和弯曲振动。
前者是指原子沿键轴方向的往复运动，振动过程中键长发生变化。
后者是指原子垂直于化学键方向的振动。
通常用不同的符号表示不同的振动形式，例如，伸缩振动可分为对称伸缩振动和反对称伸缩振动，分别用 Vs 和Vas 表示。
弯曲振动可分为面内弯曲振动(δ)和面外弯曲振动(γ)。
从理论上来说，每一个基本振动都能吸收与红外光谱仪其频率相同的红外光，在红外光谱图对应的位置上出现一个吸收峰。
实际上有一些振动分子没有偶极矩变化是红外非活性的；另外有一些振动的频率相同，发生简并；还有一些振动频率超出了仪器可以检测的范围，这些都使得实际红外谱图中的吸收峰数目大大低于理论值。
有机波谱解析红外光谱课件
(3) 一些基团的特征频率(cm-1)
基团
A．烷基 C-H (伸缩)
(变形) B．烯烃
C=C-H (伸缩) C=C (伸缩) C．炔烃 ≡C-H (伸缩) C≡C (伸缩) D．芳烃 Ar-H (伸缩） C=C (骨架伸缩) E．醇、酚、羧酸 OH (醇、酚) (伸缩) OH (羧酸) (伸缩) F．醛、酮、酯、羧 C=O (伸缩) G．胺 N-H (伸缩) H．腈 C≡N (伸缩)
[(2 8 + 2) - 8 ] 2 = 5
可能的结构：
O CHO
有机波谱解析红外光谱课件
谱图解析的一般步骤
• 谱图解析一般先从官能团区的最强谱带开始，推 测未知物可能含有的基团，判断不可能含有的基 团．再从指纹区的谱带进一步验证，找出可能含 有基团的相关峰，用一组相关峰确认一个基团的 存在．对于简单化合物，确认几个基团之后，便 可初步确定分子结构，然后查对标准谱图核实。
(iv) 试样的浓度和测试厚度应选择适当，以使光谱图中 的大多数吸收峰的透射比处于10%~80%范围内.
有机波谱解析红外光谱课件
液体和溶液试样
(1) 液体池法 沸点较低，挥发性较大的试样，可注入封闭液体池中， 液层厚度一般为0.01~1 mm．
(2) 液膜法 沸点较高的试样，直接直接滴在两片盐片之间，形成 液膜。
[(2 14 + 2) - 14 ] 2 = 8
有机波谱解析红外光谱课件
• 可能的结构： 一个苯环的不饱和度为4 (1个环，3个双键) ．化合物的 不饱和度大于4，一般就要考虑它的分子中是否有苯环 存在． 推测化合物A的结构为:
有机波谱解析红外光谱课件
例1. 计算化合物A (C8H8O)的不饱和度
(波普解析)有机化合物波谱解析
30
第二节 紫外光谱的基本知识 一、 分子轨道
分子轨道是由组成分子的原子轨道相互作用形成的。 分子成键轨道; 分子反键轨道
33
34
分子轨道的种类
(1) 原子A和B的s轨道相互作用，形成的分子轨道
(2)原子A和B的p轨道相互作用形成的分子轨道
35
(3)原子A的s轨道和原子B的p轨道相互作用形成的分子轨道
• 吸收光谱特征： 吸收峰→λmax 吸收谷→λmin 肩峰→λsh 末端吸收
43
（2）数据表示法
例如λ 溶m剂a2x 37nm(ε104) 或λ 2溶m3剂a7xnm(lgε4.0)
常用术语
生色团（发色团）：分子结构中含有π电子的基团 产生π→ π* 跃迁和（或）n→ π*跃迁 跃迁，E较低
例： C＝C；C＝O；C＝N；—N＝N— ； —NO2
物质对电磁辐射的吸收性质常用吸收曲线来描述，即考察 物质对不同波长的单色光吸收的情况。
溶液对单色光的吸收程度遵守Lambert-Beer 定律。
A = acl
A 为吸光度(光密度), a为吸光系数, l 为吸收池厚度, c 为溶液的浓度。
29
•若溶液的浓度以mol L-1为单位时， Lambert-Beer 定律的吸 收系数(a) 表示，单位为L mol-1 cm-1，即摩尔吸光系数。 •对于相对分子质量未知的物质，常采用质量百分比浓度 (g/100ml)，相应的系数称为百分吸收系数，以E1%1cm表示。 •以摩尔吸收系数 用得最普遍。
三甲基胺n →σ*跃迁的λ分别为173nm、183nm和227nm。
39
第二节 紫外光谱的基本知识
二、 电子跃迁类型
红外光谱解析
本章重点内容及其课后作业
本章重点内容: 本章重点内容: 1. 分子振动方式与红外光谱产生的条件; 分子振动方式与红外光谱产生的条件; 2. 伸缩振动频率与胡克定律,常见化学键的伸缩振动频 伸缩振动频率与胡克定律, 率的计算; 率的计算; 3. 分子结构与红外光谱的解析,各类有机物的特征红外 分子结构与红外光谱的解析, 吸收. 吸收. 课后作业 1. 阅读教材《有机化合物结构分析》邹建平等编著, 阅读教材《有机化合物结构分析》邹建平等编著, p52～86,熟悉各类有机化合物的特征红外吸收, p52～86,熟悉各类有机化合物的特征红外吸收,对能 说明有机物结构特点的吸收峰进行归属. 说明有机物结构特点的吸收峰进行归属. 2. 教材所附练习1,2,3,4,7,8,10,11,12,13应 教材所附练习1 10,11,12,13应 重点掌握,要求对说明化合物结构的吸收峰进行归属. 重点掌握,要求对说明化合物结构的吸收峰进行归属. 3. 预习核磁共振氢谱的相关内容. 预习核磁共振氢谱的相关内容.
organochem@
有机化合物标准谱图网站
网址:http://riodb01.ibase.aist.go.jp/sdbs/cgi网址:http://riodb01.ibase.aist.go.jp/sdbs/cgi-bin/direct_frame_top.cgi
organochem@
organochem@
红外光谱解析示例
2000～ 2000～1600 cm-1以及789,687 cm-1的吸收峰说明苯 以及789, 环间位二取代; 环间位二取代; 所以分子中含有所以分子中含有-C6H5,-CN,与分子式C8H7N相比, CN,与分子式C 相比, 相差的结构,综上所述,该化合物可能间相差-CH3的结构,综上所述,该化合物可能间-甲基 苯腈. 苯腈. 与标准红外谱图对照可证实该化合物. 与标准红外谱图对照可证实该化合物.
红外光谱(IR)的原理及其谱图的分析
2、电子效应
a. 诱导效应
b. 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.
O 例： R C X
X= R/
H
1715 1730
OR/ 1740
Cl
F
1800 1850
精选课件
O
RCX
X= R/
H
1715 1730
OR/ 1740
Cl
F
1800 1850
• 推电子基，C=O电荷中心向O移动，C=O极性增强， 双键性降低，低频移动； • 吸电子基， C=O电荷中心向几何中心靠近， C=O极 性降低，双键性增强，高频移动。
vs (very strong), s (strong), m (medium), w (weak), vw (very weak), b (broad) , sh (sharp) 3 峰形：吸收峰的形状 (尖峰、宽峰、肩峰)
精选课件
1.峰位
分子内各种官能团的特征吸收峰只出现在红外光 波谱的一定范围，如：C=O的伸缩振动一般在1700 cm-1左右。
红外光谱
一、基本原理 二、红外光谱仪及样品制备技术 三、影响振动频率的因素 四、各类有机化合物的红外特征吸收 五、红外谱图解析及应用
精选课件
一、 基本原理
1.1 近红外、中红外和远红外
波段名称 波长 μ
波数（cm-1）
近红外 0.75—2.5
13300－4000
中红外 2.5－25
4000－400
峰的大约2倍处(实际比两倍低)。一般为弱吸收峰。 羰基伸缩振动频率在1715cm-1左右，在3400cm-1附近 倍频峰，通常与羟基的伸缩振动吸收峰重叠。
有机波谱分析 第五章 波谱综合解析
（5）主要碎片离子峰－官能团
湖北理工学院医学院药学系
四大光谱综合波谱解析
一般情况，由IR、1H NMR及MS三种光谱提供的数据，即可确定未知 物的化学结构。若不足，再增加13C NMR等。
在进行综合光谱解析时，不可以一种光谱 “包打天下”，各有所长，
取长补短，相互配合、相互补充。
如何利用紫外光谱，红外光谱、核磁共振光谱和质谱的资料推断结构、
湖北理工学院医学院药学系
波谱综合解析步骤
4) 通过谱图解析确定存在的官能团以及结构单元 (1) 红外光谱
IR能给出大部分官能团和某些结构单元存在的信息，从谱
图特征区可以清楚地观察到存在的官能团，从指纹区的某些 相关峰也可以得到某些官能团存在的信息。
(2) 有机质谱
MS除了能够给出分子式和相对分子量的信息，还可以
某种波谱分析可能会产生反映某个原子团或官能 团存在最明显的谱峰，进而得出某个官能团明显存在 的结论，对进一步的谱图综合解析工作具有至关重要 的意义。
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波谱综合解析步骤
3)分子式的确定及不饱和度的计算
采用高分辨质谱分析可以获得分子的精确分子量并给出分
子式； 通过元素分析数据可以求出化合物的分子式； 低分辨质谱可以获得整数分子量数据，借助同位素峰的相 对强度根据Beynon表也可以得到化合物的分子式； 通过谱图综合解析获得基本结构单元,进而获得分子式； 根据确定的分子式计算出该化合物的不饱和度。
第五章 波谱综合解析
一、波谱综合解析方法
了解每一种有机波谱分析方法的特点，以及从哪个侧
面反映分子骨架和部分结构（基团或原子团）的信息。
不同分析方法获得的信息和数据在彼此相互补充和印证
有机化学波谱分析
质谱的解析方法
谱图解析
01
根据质谱峰的位置和强度，确定有机分子的分子量和结构信息。
同位素峰分析
02
利用同位素峰的强度比推断有机分子的元素组成。
裂解模式分析
03
研究有机分子在质谱仪中的裂解行为，推断有机分子的结构特
征。
质谱在有机化学中的应用
有机分子鉴定
通过比较标准谱图和实验谱图，确定有机分子的 化学结构。
通过自动化和智能化的技术手段，实 现波谱分析与其他分析方法的快速、 高效联用，提高分析效率，减少人为 误差。
波谱分析在有机化学中的新应用
新材料表征
随着新材料研究的不断深入，波谱分析在新型有机材料如高 分子聚合物、纳米材料等的表征中发挥越来越重要的作用。
生物大分子研究
利用波谱分析技术，研究生物大分子如蛋白质、核酸等的结 构和功能，有助于深入了解生物体系的复杂性和相互作用的 机制。
通过有机化学波谱分析，可以确定有机化合物的分子量、官能团、化学键等结构信息，有助于深入了解 有机化合物的性质和反应机理。
有机化学波谱分析还可以用于有机化合物的定性和定量分析，为有机化合物的合成、分离、纯化等提供 有力支持。
有机化学波谱分析的发展趋势
随着科技的不断进步，有机化学波谱分析技术也在不 断发展，新的技术和方法不断涌现。
THANKS
感谢观看
高灵敏度检测
利用新型的信号处理技术和高精度的 检测设备，提高波谱分析的灵敏度和 分辨率，有助于更准确地鉴定有机化 合物的结构和性质。
波谱分析与其他分析方法的联用
联用技术
将波谱分析与其他分析方法如色谱、 质谱、核磁共振等联用，可以实现更 全面、准确的分析，提高复杂有机混 合物的分离和鉴定能力。
姚新生有机波谱解析第二章红外光谱
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 RC
CH2
νc=o 1715cm-1
O
CH CH C
νc=o
CH2
1685 ～
1665cm-1
O R C NH2
νc=o
1650cm-1
• π-π共轭、p-π共轭均使羰基的π电子离域， 其双键性减弱，键的力常数减小，使羰基 向低频方向移动。
第二章 红外光谱分析(IR)
返回
b)、经典力学导出的波数计算式为近似式。因为振动能 量变化是量子化的，分子中各基团之间、化学键之间会 相互影响，即分子振动的波数与分子结构（内因）和所 处的化学环境（外因）有关。
例如：C-H键基频振动的计算值为2920 cm-1，而实测 值为2915 cm-1
c、基频峰与泛频峰
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-
C因对称度高，其振动峰强度小；而C=X，C-X，因对称性低，其振动峰强
度就大。峰强度可用很强（vs）、强（s）、中（m）、弱（w）、很弱
（vw）等来表示。
表10-1
摩尔消光系数（ε） ＞100 20~100 10~20 1~10 0~1
1、红外光谱的定义： 红外光谱又称分子振动转动光谱，属分子吸收
光谱。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，使振-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，记录百分透过率T%对波数或波长 的曲线，即红外光谱。
主要用于化合物鉴定及分子结构表征，亦可用 于定量分析。
有机化合物波谱解析第五章 红外与光谱2018
R-COR C=O 1715cm-1 ; R-COCl C=O 1800cm-1 ; F-COF C=O 1928cm-1 ;
R-COH C=O 1730cm -1 ； R-COF C=O 1920cm-1 ;
色散型红外光谱仪一
般均采用双光束。将光源发 射的红外光分成两束，一束 通过试样，另一束通过参比， 利用半圆扇形镜使试样光束 和参比光束交替通过单色器， 然后被检测器检测。当试样 光束与参比光束强度相等时， 检测器不产生交流信号；当 试样有吸收，两光束强度不 等时，检测器产生与光强差 成正比的交流信号，从而获 得吸收光谱。
化学键 H−O H−S H−N C−N H−F H−Cl H−Br H−I
波数（cm-1） 3600 2570 3400 2900 4000 2890 2650 2310
键类型 键力常数 峰位 /波数
—CC — > —C =C — > —C — C —
15 17 高
9.5 9.9 中
4.5 5.6 较低
%as C=O 1610~1550 cm-1
红外光谱通常需在非极性溶剂中测量
二．内部结构因素 1 键力常数和成键原子质量影响
化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧
任意两个相邻的振动能级间的能量差为：
E h h k 2
振动吸收的波数 为1 ： 1 k 1370 k
v~ 1 1
1645cm-1 3017cm-1
1610cm-1 3040cm-1
1565cm-1 3060cm-1
5 氢键效应
波谱分析-第二章 (红外光谱)(1)
v = 1303
5.1 (1 + 35.5) 1× 35.5
1/2 -1 cm = 2993
C—C C=C
k ~ 5 N· cm-1 k ~ 10 N· cm-1
= 1193 cm-1 = 1687 cm-1
C≡C
C—H
k ~ 15 N· cm-1
1/2
K (m1 + m2) 1 1/2 v = 1303 (K / u ) = m1m2 2πc
K:力常数，m1 和 m2 分别为二个振动质点的质量数
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 利用实验得到的键力常数和计算式，可以估算各种类 型的基频峰的波数
四
五 六
λ
10-8
10-6 10
10-4 400 800
10-2
100
102 cm nm um
γ射 线
X射 线
紫 外 光
可 见 光
红外光 IR 微波
无线电波
1 cm = 107nm
1cm = 104um
通常的红外光谱频率在4000～625cm-1之间，正是一般 有机化合物的基频振动频率范围，可以给出丰富的结构信息： 谱图中的特征基团频率可以指出分子中官能团的存在；全部 光谱图则反应整个分子的结构特征。除光学对映体外，任何 两个不同的化合物都具有不同的红外光谱。
（二）简偕振动
分子是由各种原子以化学键相互连接而生成。可以用 不同质量的小球代表原子，以不同强度的弹簧代表各种化
学键，它们以一定的次序互相连接，就成为分子的近似机 械模型。这样就可以根据力学定理来处理分子的振动。
(完整版)四大波谱基本概念以及解析
四大谱图基本原理及图谱解析一.质谱1.基本原理：用来测量质谱的仪器称为质谱仪，可以分成三个部分：离子化器、质量分析器与侦测器。
其基本原理是使试样中的成分在离子化器中发生电离，生成不同荷质比的带正电荷离子，经加速电场的作用，形成离子束，进入质量分析器。
在质量分析器中，再利用电场或磁场使不同质荷比的离子在空间上或时间上分离，或是透过过滤的方式，将它们分别聚焦到侦测器而得到质谱图，从而获得质量与浓度(或分压)相关的图谱。
在质谱计的离子源中有机化合物的分子被离子化。
丢失一个电子形成带一个正电荷的奇电子离子(M+·)叫分子离子。
它还会发生一些化学键的断裂生成各种碎片离子。
带正电荷离子的运动轨迹：经整理可写成：式中：m／e为质荷比是离子质量与所带电荷数之比；近年来常用m／z表示质荷比；z表示带一个至多个电荷。
由于大多数离子只带一个电荷，故m／z就可以看作离子的质量数。
质谱的基本公式表明：（1）当磁场强度(H)和加速电压(V)一定时，离子的质荷比与其在磁场中运动半径的平方成正比(m／z ∝r2m)，质荷比(m／z)越大的离子在磁场中运动的轨道半径(rm)也越大。
这就是磁场的重要作用，即对不同质荷比离子的色散作用。
（2）当加速电压(V)一定以及离子运动的轨道半径(即收集器的位置)一定时，离子的质荷比(m／z)与磁场强度的平方成正比(m／z∝H2)改变H即所谓的磁场扫描，磁场由小到大改变，则由小质荷比到大质荷比的离子依次通过收集狭缝，分别被收集、检出和记录下来。
（3）若磁场强度(H)和离子的轨道半径(rm)一定时，离子的质荷比(m／z)与加速电压(V)成反比(m／z∝1／V)，表明加速电压越高，仪器所能测量的质量范围越小。
就测量的质量范围而言，希望质量范围大一些，这就必须降低加速电压。
从提高灵敏度和分辨率来讲，需要提高加速电压。
这是一对矛盾，解决的办法是在质量范围够用的情况下尽量提高加速电压，高分辨质谱计加速电压为8kV，中分辨为4～3kV。
08有机化合物的波谱分析-第八章
倍频区
官能团特征区
指纹区
8.3. 有机化合物的红外光谱 烷烃:
~2850
~1370 ~1470
~720
2850~3000 cm-1 1450~1470 -1 1370~1380 –1 720~725 -1
C-H 伸缩振动
-CH3 –CH2-剪式弯曲振动 CH3-平面摇摆弯曲振动 (注意分裂峰) -CH2-平面摇摆弯曲振动（n>=4)
δ =7.27 受屏蔽作用较强，δ =1.7-3
3、氢键的影响 氢键的形成削弱了氢键质子的屏蔽， ——共振吸收 移向低场。
8.6 自旋偶合和自旋裂分：
1．磁等价质子和磁不等价质子
2. 自旋偶合和自旋裂分：
裂分——同一类质子吸收峰增多的现象 自旋偶合——邻近原子核之间的相互干扰 自旋裂分——因自旋偶合而引起的谱线增多
2、磁各向异性效应 分子中某些基团电子云的分布不是球形对称时，
在外加磁场作用下，它对邻近的1H核产生一个各向异 性的磁场，因此使分子中处于不同空间位置的氢核受 到不同程度的屏蔽作用，此为磁各向异性效应。
处于受屏蔽区域的1H其δ 值变小(高场)，处于去 屏蔽区域的1H其δ变大(低场) 。
δ =5.25
取代情况
1650~3000 cm-1(泛频)
其它：
C=O:
~1700cm-1
红外光谱应用：
(1)确证两个化合物是否相同。 (2)确定一个化合物中是否存在某一特殊键或官能团
推测结构:
(二) 核磁共振谱 (NMR)
• 核磁共振的原理 • 屏蔽效应和化学位移 • 自旋偶合和自旋裂分 • 有机化合物的核磁共振谱 (1HNMR)
a对b的干扰：a质子自旋产生的磁场有两种取向：一种与
有机波谱分析课件第三章++红外光谱
影响吸收峰数目的因素：
吸收峰减少原因：没有偶极矩变化的振动不产生红外吸 收；吸收频率相同，简并为一个吸收峰；有时频率接近， 仪器分辨不出，表现为一个吸收峰；有些吸收程度太弱， 仪器检测不出；有些吸收频率超出了仪器的检测范围。
吸收峰增多原因：产生倍频峰（ 0 2、 3） 和组频峰（各种振动间相互作用而形成）——统称泛频； 振动偶合—相邻的两个基团相互振动偶合使峰数目增多； 费米共振—当倍频或组合频与某基频峰位相近时，由于相 互作用产生强吸收带或发生峰的分裂，这种倍频峰或组频 峰与基频峰之间的偶合称为费米共振
（一）红外吸收光谱仪主要部件
红外光谱主要部件有：光源、样品池、单色器、检测器、 放大记录系统
根据红外吸收光谱仪的结构和工作原理不同可分为：色散 型红外吸收光谱仪和傅立叶变换红外吸收光谱仪（FI-IR）
1、光源
能发射高强度连续红外辐射的物质，常采用惰性固体作光源
能斯特灯—由锆、钇、铈或钍的氧化物 特点：发射强度大，尤其在高于1000cm-1的区域；稳定
可测定固、液、气态样品：
气态：将气态样品注入抽成真空的气体样品池 液态：液体样品可滴在可拆池两窗之间形成薄的液膜或将 液体样品注入液体吸收池中 固态：1~2mg 固体样品 + 100~200 mg KBr 研磨混 匀后 压成 1mm 厚的薄片
用于测定红外光谱的样品有较高的纯度（>98%），样 品中不应含有水分
有机结构分析课件
第三章 红外光谱
化学化工学院: 裴 强
QQ: 23403960；Tel: 15937681641 E-mail: peiqiang_6@
学习要求：
1、了解红外光谱的一般原理 2、了解红外光谱的特点及实验方法 3、掌握官能团的吸收波数与结构的关系 4、掌握红外光谱解析的步骤、熟练运用红外光 谱解析有机分子结构
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2.1引言 2.1.1红外光谱的发展
红外光谱（Infrared Spectroscopy,简称IR） 拉曼光谱（Raman）
分子光谱
表1-1 电磁波与光谱
辐射区域 波长
分子运动
X射线 0.1~10nm 内层电子跃迁
真空紫外 10~200nm 外层电子跃迁
紫外
200~400nm 外层电子跃迁
纵坐标是百分透过率T%。 百分透过率的定义是幅射光透过样品物质的百分率，即
T%= I/I0×100%， I 是透过强度，Io为入射强度。 横坐标：上方的横坐标是波长λ，单位μm;下方的横坐
_
标是波数（用 表示，波数大，频率也大），单位是
cm-1。
波数即波长的倒数，表示单位(cm)长度光中所含光波的 数目。
(4）分析时间短。一般红外光谱做一个样可在10~30分钟 内完成。如果采用傅里叶变换红外光谱仪在一秒钟以内就 可完成扫描。为快速分析的动力学研究提供了十分有用的 工具。
（5）所需样品用量少，且可以回收。红外光谱分析一次 用样量约1~5mg，有时甚至可以只用几十微克。
2.1.3红外光谱谱图 邻二甲苯的红外光谱图
10 5 N ≈1307
2c
ห้องสมุดไป่ตู้
≈1307 (cm-1)
表3-1 化学键的力常数
键 分子 K（×105dyn/cm） H-F HF 9.7 H-Cl HCl 4.8 H-Br HBr 4.1 H-I HI 3.2 H-O H2O 7.8 H-O 游离 7.12 H-S H2S 4.3 H-N NH3 6.5 H-C CH3X 4.7-5.0
1905年科伯伦茨发表了128种有机和无机化合物的红外 光谱，红外光谱与分子结构间的特定联系才被确认。
到1930年前后，随着量子理论的提出和发展，红外光 谱的研究得到了全面深入的开展，并且依据测得的大量物 质的红外光谱。
1947年第一台实用的双光束自动记录的红外分光光度计 问世。这是一台以棱镜作为色散元件的第一代红外分光光 度计。
12
解:
=1307 12 16 =1725 (cm-1)
12 16
势能
V=2 V=1 V=0
r/A0 双原子分子势能曲线
常温下分子处于最低振动能级，此时叫基态，V=O。 从基态V0跃迁到第一激发态V=1，V0V1产生的吸收带 较强，叫基频或基峰。 也有从基态跃迁到第二激发态甚至第三激发态，V0V2 或V0V3的跃迁产生的吸收带依次减弱，叫倍频吸收， 用21等表示。
2.1.2红外光谱法的特点
（1）红外光谱是依据样品 吸收谱带的位置、强度、形状、 个数，推测分子中某种官能团的存在与否，推测官能团的 邻近基团，确定化合物结构。
（2） 红外光谱不破坏样品，并且对任何样品的存在状态 都适用，如气体、液体、可研细的固体或薄膜似的固体都 可以分析。测定方便，制样简单。
（3）红外光谱特征性高。由于红外光谱信息多，可以对 不同结构的化合物给出特征性的谱图，从“指纹区”就可 以确定化合物的异同。所以人们也常把红外光谱叫“分子 指纹光谱”。
波长或波数可以按下式互换：
_
( cm-1)=1/λ(cm)=104/λ(μm)
在2.5μm处，对应的波数值为： _ = 104/2.5 (cm-1)=4000cm-1
一般扫描范围在4000~400cm-1。 波长在2.5~25μm，叫中红外区。 波长0·75~2·5μm叫近红外区。 波长在25~100μm叫远红外区。
υ as
面内变 形振动
δ 面内
面外变 形振动 δ 面外
面内摇摆 ρ
剪式振动
δs
面外摇摆 ω 扭曲振动 τ
跃迁时能级变化的大小为：as > s > δ。
能级变化大的出峰在高频区，即波数值大；能级变化小 的出峰在低频区，即波数值小。
2.2 红外光谱基本原理 2.2.1 化学键的振动与频率
双原子分子中化学键的振动可按谐振子处理。
m1
m2
用虎克定律来表示振动频率、原子质量和键力常数之间 的关系：
υ=
1
2
若用波数取代振动频率,则有下式:
1
10 5 N
=2c = 2c
Cm-1 (2)
K为键力常数，其含义是两个原子由平衡位置伸长0.1nm(lA0) 后的回复力，单位是 dyn/cm。
键 H-C H-C C-C C=C C≡C C-O C=O C-Cl C≡N
分子 CH2=CH2 CH≡CH
CH3Cl
K（×105dyn/cm） 5.1 5.9 4.5-5.6 9.5-9.9 15-17 5.0-5.8 12-13 3.4 16-18
例:已知羰基C=O的键力常数K=l2×l05dyn/cm，求C=O
可见
400~800nm 外层电子跃迁
红外
0.8~1000μm 振动与转动跃迁
微波
0.1~100cm 跃迁、自旋跃迁
无线电波 1~1000m 核自旋跃迁
光谱类型 X射线谱 电子光谱
电子光谱 电子光谱 红外光谱 微波谱、顺磁共振 核磁共振
在十九世纪初就发现了红外线,到1892年有人利用岩盐棱 镜和测热幅射计(电阻温度计)测定了20多种有机化合物的 红外光谱。
μ’ 为折合质量。 μ’=m1m2/（m1+m2） (m为原子质量)
原子质量用相对原子量代替:
m1=M1/N,
M1、M2为原子量，N为阿佛加德罗常数。
m2=M2/N 。
μ为折合原子量
μ=
M1 M2 M1 M2
将π、c和N的数值代入(2)式，并指定将键力常数(见p 61 表3-1)中 的105代入。
分子的振动分为伸缩振动和变形振动两类。 伸缩振动是沿原子核之间的轴线作振动，键长有变化 而键角不变，用字母υ来表示。
伸缩振动分为不对称伸缩振动υas和对称伸缩振动υs。
变形振动是键长不变而键角改变的振动方式，用字母δ 表示。
亚甲基 的振动
伸缩 振动
υ
变形 振动
δ
对称伸 缩振动
υS
不对称 伸缩振动
到了六十年代，用光栅代替棱镜作分光器的第二代红 外光谱仪投入了使用。这种计算机化的光栅为分光部件的 第二代红外分光光度计仍在应用。
七十年代后期，干涉型傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR) 投入了使用，这就是第三代红外分光光度计。
近来，已采用可调激光器作为光源来代替单色器，研制 成功了激光红外分光光度计，即第四代红外分光光度计， 它具有更高的分辨率和更广的应用范围，但目前还未普及。