红外光谱PPT

1-己炔的红外光谱图
CN伸缩振动
腈基化合物中CN伸缩振动谱带在2250-2240 cm-1范围。CN键极性较CC键强,其谱带强度 也较CC 谱带强。CN与苯环或双键共轭, 谱 带向低波数位移20-30cm-1
丙烯腈的红外光谱图
第三峰区(1900-1500 cm-1)
双键(包括C=O，C=C，C=N，N=O等)的伸缩振动谱 带位于此峰区，利用该峰区的吸收带，对判断 双键的存在及双键的类型极为有用。另外，N-H 弯曲振动也位于此峰区。
近红外区：0.75-2.5 m，13333-4000/cm, 泛 音区（用于研究单键的倍频、组频吸收）
中红外区：2.5-25m，4000-400/cm, 基频振动 区（各种基团基频振动吸收）
远红外区：25m以上，转动区（价键转动、晶 格转动）
红外光谱
红外光波的波长常用波数(cm-1)表示。 波数的定义：每1厘米范围内所含光波的数
C2H4O
1730cm-1 1165cm-1
H
O
C
CH
H 2720cm-1
H
（CH3）1460 cm-1，1375 cm-1。
（CH3）2930 cm-1，2850cm-1。
红外光谱的吸收非常复杂，并非每个吸收 峰都可以被“指认”，与某一结构相关。
经过大量实验记录及文献总结、整理，找 到一些结构的特征吸收峰。
伸缩振动 如甲基：
甲基的振动形式
对称 υs(CH3) 2870 ㎝-1
不对称 υas(CH3) 2960㎝-1
变形振动 如甲基
对称δs(CH3)1380㎝-1
不对称δas(CH3)1460㎝-1
分子中基团的基本振动形式
两类基本振动形式
伸缩振动 如亚甲基：
变形振动 如亚甲基
峰位、峰数与峰强
分子振动方程式（峰位）
红外光谱可以用来对化合物定量
红外吸收光谱产生的条件
对称分子：没有偶极 矩，辐射不能引起共 振，无红外活性。 如：N2、O2、Cl2 等。
非对称分子：有偶极 矩，红外活性。
偶极子在交变电场中的作用示意图
振动自由度与选律
IR选律：
在红外光的作用下，只有偶极矩()发生 变化的振动，即在振动过程中0时，才 会产生红外吸收。这样的振动称为红外 “活性”振动，其吸收带在红外光谱中可 见
在振动过程中，偶极矩不发生改变(＝0) 的振动称红外“非活性”振动；这种振动 不吸收红外光，在IR谱中观测不到。如非 极性的同核双原子分子N2，O2等
振动自由度与选律
有些分子既有红外“活性”振动，又有红外 “非活性”振动。如CO2：
对称伸缩振动，=0，红外“非活性”振动 反对称伸缩振动，0，红外“活性”振动，
双原子分子的简谐振动及其频率
化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧
峰位、峰数与峰强
分子振动方程式（峰位）
任意两个相邻的能级间的能量差为：
E h h k 2
1 1 k 1307 k K化学键的力常2数c，与 键能和键长 有关，
为双原子的折合质量 =m1m2/（m1+m2）
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。
第一峰区(3700－2500 cm-1)
此峰区为X－H伸缩振动吸收范围。X代表O、 N、C，对应于醇、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。
O－H伸缩振动 醇 与酚： 醇与酚 以游离 态存在 时 ， O-H 在
3650-3590 cm-1范围内中等强度吸收。 多聚态的醇或酚O－H伸缩振动约于3350cm-1
不饱和烃C-H位于高频端，饱和烃C-H位于低频 端。通常炔氢，烯氢及芳氢的C-H伸缩振动大于 3000cm-1，饱和C-H伸缩振动小于3000cm-1
炔烃：炔氢的C-H 约为3300 cm-1(m)。比缔合态 的O-H 吸收弱，比N-H吸收强。谱带尖锐。1-己 炔的红外光谱见图
1-己炔的红外光谱图
红外光谱图
T%愈低，吸光度就愈强，谱带强度就愈大。 根据T％，谱带强度大致分为
很强吸收带(vs，T ％ ＜ 10) 强吸收带(s，10＜T ％＜40) 中强吸收带(m，40 ＜ T ％＜90) 弱吸收带(w，T ％ ＞ 90) 宽吸收带用b表示。
红外光谱图
稀溶液中测得的红外光谱，其谱带的吸光 度(A)可遵守Beer-Lambert定律： A＝cl
峰数 峰数与分子自由度有关。无瞬间偶基距变化时， 无红外吸收。
峰峰强位、：峰瞬数间与偶峰基距强变化大，吸收峰强（峰强）；
键两端原子电负性相差越大（极性越大），吸收峰 越强；
例2 CO2分子 （有一种振动无红外活性）
由基态跃迁到第一激发态，产生一强的吸收峰，基频峰 由基态跃迁到第二激发态，产生一弱的吸收峰，倍频峰
同一种键型，其反对称伸缩振动的频率大于对称 伸缩振动的频率，远远大于弯曲振动的频率，即 as ＞ s ＞＞ ，而面内弯曲振动的频率又大于 面外弯曲振动的频率。
还可出现以下的吸收带和振动方式。
倍频带:
合频带:
倍频带与合频带统称为泛频带，
振动偶合:
费米共振：当强度很弱的倍频带或组频带位于 某一强基频吸收带附近时，弱的倍频带或组频带 和基频带之间发生偶合，产生费米共振。
某些键的伸缩力常数（毫达因/埃）
键类型 —CC — > —C =C — > —C — C —
力常数 15 17
9.5 9.9
4.5 5.6
峰位 4.5m
6.0 m
7.0 m
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。
例题: 由表中查知C=C键的K=9.5 9.9 ,令其为
振动光谱，分子所吸收的光能引起振动 能级的变化，多在中红外区域，叫红外 光谱。
电子光谱，分子所吸收的光能使电子激 发到较高的能级。一般表出吸收峰的波 长。电子光谱在可见及紫外区域内现。
红外光谱的基本概念
红外光谱
红外光谱:用波长2.5~25m ,频率4000 ~ 400cm-1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。红外光 谱是分子光谱，用于研究分子的振动能级跃 迁。
胺类：
伯胺在此范围出现二条谱带约3500、3400 cm-1，对 应于NH2的反对称伸缩振动和对称伸缩振动，有时 于较低波数处出现第三条谱带为缔合态N-H伸缩振 动
仲胺于约3400 cm-1出现一条谱带
叔胺无此带
苯胺的红外光谱图
N-己基甲胺的红外光谱图 N H
C-H伸缩振动 烃类化合物的C-H伸缩振动在3300-2700 cm-1范围，
O R C NH2
酰卤：酰卤中C=O 吸收位于高波数端，特征，无 干扰，(乙酰氯1805)。
酸酐：酸酐中两个羰基振动偶合产生双峰，约 60-80 cm-1，开链酸酐(约1830，1760 cm-1)高 波数谱带强度较大。，-不饱和酸酯或苯甲酸 酯，低波数位移(约20 cm-1)。
特征结构基团与特定吸收之间联系可用于 结构解析。
课程内容
红外光谱的基本概念、基本原理 特征基团的吸收区域 影响红外吸收的因素 例题 红外光谱的检测仪器及谱图
各类有机化合物的红外特征吸收
第一峰区(3700-2500 cm-1)为X-H的伸缩振动； 第二峰区(2500-1900 cm-1)为叁键和累积双键 的伸缩振动 第三峰区(1900-1500 cm-1)为双键的伸缩振动 及O-H、N-H的弯曲振动 第四峰区(1500-600cm-1)，除氢外的单键(X-Y) 伸缩振动及各类弯曲振动。又称指纹区
9.6, 计算波数值。
v 1 1 k 1307 k 1307 9.6 1650cm1
2c
12 / 2
正己烯中C=C键伸缩振动频率实测值为1652 cm-1
峰位、峰数与峰强
峰位 化学键的力常数K越大，原子折合质量越小，键的振动
频率越大，吸收峰将出现在高波数区（短波长区）；反之， 出现在低波数区（高波长区）。 水分子 （非对称分子）
C=O伸缩振动 C=O伸缩振动位于此峰区的高频端，均为强吸收带
由于受各种因素影响，不同类型羰基化合物
的：C=O吸收不同，且有规律地改变。其变化 规律为：(吸收位移波数从大到小)
O RC F
O R C Cl
O
O
R C OR' R C OH
O RCH
O RCR
O C6H5 C R
O 4 -RO -C6H4 C R
波谱学课程之二
红外光谱
中国农业科学院研究生课程
2011年
课程内容
红外光谱的基本概念、基本原理 特征基团的吸收区域 影响红外吸收的因素 例题 红外光谱的检测仪器及谱图（自学）
光谱谱区及能量跃迁
电磁波的波长 频率 能量 之间的关系
（ ） （ v）
（E）
分子吸收光谱
转动光谱, 分子所吸收的光能只引起分 子转动能级的变化。在远红外及微波区 域，可测定分子的键长和键角。
CH3：as2960 ， s2870 cm-1(m) CH2： as2926 ， s2850 cm-1(s) >CH- 2890 cm-1 以癸烷为例：
醛基(-CHO)：醛基中C-H位于2850-2720cm-1范 围。是醛基中C-H伸缩振动和C-H弯曲振动(约 1390 cm-1)的倍频之间Fermi共振的贡献。表 现为双谱带，是醛基的特征吸收谱带。高波 数端的频带有时仅以饱和C-H伸缩振动强吸收 带的肩峰出现或被掩盖。
出现强、宽吸收带
2-丁醇的红外光谱图
2-溴苯酚的红外光谱图
羧酸3000-2500 cm-1范围的宽、散谱带为二聚 体羧基中O-H伸缩振动的特征谱带.
2-氯苯甲酸
N-H伸缩振动
含有N-H键的胺、酰胺及铵盐类在此峰区均出现N-H伸缩振动。 胺或酰胺中N-H伸缩振动出现在3500-3150 cm-1范围，弱或 中等强度吸收带，较O-H 谱带弱、尖。
分子的振动方式与谱带
伸缩振动 指成键原子沿着价键的方向来回地相对 运动。在振动过程中，键角并不发生改变。伸缩振 动又可分为对称伸缩振动和反对称伸缩振动。分别 用s和as表示。
弯曲振动 弯曲振动又分为面内弯曲振动和面外弯 曲振动，用表示。如果弯曲振动的方向垂直于分子 平面，则称面外弯曲振动，如果弯曲振动完全位于 平面上，则称面内弯曲振动。剪式振动和平面摇摆 振动为面内弯曲振动，非平面摇摆振动和卷曲振动 为面外弯曲振动。
Baidu Nhomakorabea
烯烃：烯烃及芳烃的C-H伸缩振动位于30003100 cm-1范围。 -蒎烯的红外光谱图
芳烃：芳烃C-H伸缩振动吸收带出现在3030 cm-1 及3080 cm-1附近，均为苯环C-H伸缩振动。
乙苯的红外光谱图
饱和烃基：-CH3, -CH2-，>CH- 这类饱和烃基的C-H伸缩振动位 于3000-2800 cm-1
目。 波数 = 104/(m)。因此，2.5 m波长， 相当于104/2.5 cm-1，即：4000 cm-1，而25 m相当于400 cm-1。
红外吸收
红外吸收：一定波长的红外光照射被研究物 质的分子，若辐射能(h)等于振动基态(Vo) 的能级(E1)与第一振动激发态(V1)的能级(E2) 之间的能量差(E)时，则分子可吸收能量， 由振动基态跃迁到第一振动激发态(V0 V1)：
丙烯醛的红外光谱图
2-甲基丁醛的红外光谱图
第二峰区(2500-1900 cm-1)
叁键、累积双键及B-H、P-H、I-H、As-H、Si-H 等键的伸缩振动吸收谱带位于此峰区。谱带 为中等强度吸收或弱吸收。此峰区干扰小， 谱带容易识别。
CC伸缩振动 炔烃CC伸缩振动位于2280-2100cm-1范围
E = E2 - E1 = h
红外光谱图
分子吸收红外光后，引起入射光强度的改 变，由此可记录红外吸收光谱，通常以波 长(m)或波数(cm-1)为横坐标，百分透过率 (T%)或吸光度(A)为纵坐标记录（红外光谱 图）
红外光谱图
横坐标：波数(v )400-4000cm-1；表示吸收峰的位置。
纵坐标：透过率（T%），表示吸收强度。
2349cm-1
振动自由度与选律
二氧化碳的IR光谱
O=C=O
对称伸缩振动 不产生吸收峰
O=C=O
反对称伸缩振动 2349
O=C=O
面内弯曲振动 667
O=C=O
面外弯曲振动 667
因此O=C=O的 IR光谱只有2349 和 667cm-1 二 个吸收峰
振动自由度与选律
1-己炔和2-己炔的IR图中叁键(2100cm-1)的 峰明显不同