《红外光谱与核磁共振谱》

《红外光谱与核磁共振谱》

《红外光谱与核磁共振谱》

【学习要求】

1、了解红外光谱与核磁共振谱基本原理及其有关的概念

2、了解红外吸收光谱产生的条件

3、了解红外吸收的强度、核磁共振谱中化学位移的概念

4、大致了解各类有机化合物红外吸收光谱和核磁共振谱特征

一、红外吸收光谱

（一）红外吸收光谱的基本原理

红外光波波长位于可见光波和微波波长之间0.75-1000 mm(1 mm = 10-4 cm)

其中：

远红外0.75-2.5 mm

中红外 2.5-25 mm 4000-400 cm-1

近红外25-1000 mm

红外光波的波长常用波数(cm-1)表示。波数的定义是：每1厘米范围内所含光波的数目。波数= 104/l(mm)。因此，2.5 mm波长，相当于104/2.5 cm-1，即：4000 cm-1，而25 mm相当于400 cm-1。

1．分子的振动能级

引起分子振动能级跃迁的光谱称振动光谱，振动能级跃迁的同时伴有转动能级的跃迁。红外吸收光谱是分子的振动-转动光谱。用远红外光波照射分子时，只会引起分子中转动能级的跃迁，得到纯转动光谱。

2、基本振动的类型

一般把分子的振动方式分为两大类：化学键的伸缩振动和弯曲振动。

（1）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，如碳氢单键，碳氧双键，碳氮三键之间的伸缩振动。伸缩振动又可分为对称伸缩振动和反对称伸缩振动。

（2）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d、g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，面外摇摆振动和扭曲变形振动为面外弯曲振动。以-CH2-：剪式振动、平面摇摆振动、面外摇摆振动、扭曲变形振动

3、影响峰数减少的因素

（1）红外非活性振动

（2）分子结构对称，某些振动频率相同。

（3）强宽峰复盖频率相近的弱而窄的峰。

（4）在红外区域外的峰。

（5）别弱的峰或彼此十分接近的峰

（二）红外吸收光谱产生的条件

一定波长的红外光照射被研究物质的分子，若辐射能(hn)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(DE)时，则分子可吸收能，由振动基态跃迁到第一振动激发态(V0 (r) V1)：

DE = E2 - E1 = hn

分子吸收红外光后，引起辐射光强度的改变，由此可记录红外吸收光谱，通常以波长(mm)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。

在红外光的作用下，只有偶极矩(Dm)发生变化的振动，即在振动过程中Dm10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(Dm＝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，在振动过程中偶极矩并不发生变化，它们的振动不产生红外吸收诺带。有些分子既有红外"活性"振动，又有红外"非活性"振动。如CO2：其对称伸缩振动，Dm = 0，红外"非活性"振动；其反对称伸缩振动，Dm10，

红外"活性"振动，2349 cm-1

（三）红外吸收的强度

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。

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＝acl

式中a为吸光系数，l为吸收池的厚度，c为溶液的浓度。若c用mol浓度表示，

则a用e 表示，e为mo1吸光系数。a或e仅在定量分析时使用。红外光谱用于结

构分析及结构鉴定时，均使用相对强度T ％(或A)，此时所指的强吸收带或弱吸

收带是对于整个光谱图的相对强度而言。

（四）红外吸收光谱中常用的几个术语

1、基频峰与泛频峰

分子振动当作谐振动处理时，其选律为DV ＝±1。

实际上，分子振动为非谐振动，非谐振动的选律不再局限于DV ＝±1，它

可以等于任何整数值。即DV ＝±1，±2，±3。所以IR谱不仅可以观测到较强

的基频带，而且还可以观测到较弱的泛频带。

V。(r) V1 基频带(n) 较强。

V。(r) V2 一级泛频带(2n - a) 弱（又称倍频峰）

V。(r) V3 二级泛频带(3n - b) 更弱，难以观测

（a、b为非谐振动的修正值，a ＞b，b＞o）

2、特征峰与相关峰

凡是能用于鉴定原子基团存在并有较高强度的吸收峰，称为特征峰，其对应的频率称为特征频率。（如NH2的特征峰）

一个基团除了有特征峰外，还有其它振动形式的吸收峰，习惯上把这些相互依存而又相互可以佐证的吸收峰称为相关峰。（如CH3的相关峰）

3、特征区和指纹区

特征区：4000-1330 cm-1, 各种官能团的特征频率在这区域.

指纹区：1330-667 cm-1, C-X(C,N,O)单键的伸缩振动及各种弯曲振动峰,(相关峰)

（五）各类有机化合物红外吸收光谱

1、烷烃

1）nC-H 2975-2845 cm-1

C-CH3：nas 2960 ±15 cm-1(s)，ns 2870 ±15 cm-1(m) C-CH2-C：nas 2926 ±5 cm-1(s)，ns 2850 ±5 cm-1(s) >CH- n 2890 cm-1

>CH-的C-H伸缩振动较CH3，CH2的nC-H 谱带弱得多，不特征，通常被CH3，CH2的nC-H 谱带掩盖，无实际鉴定价值。